CN106584966A - 一种Ti/Al/Cf层状复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种Ti/Al/Cf层状复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106584966A
CN106584966A CN201611203316.6A CN201611203316A CN106584966A CN 106584966 A CN106584966 A CN 106584966A CN 201611203316 A CN201611203316 A CN 201611203316A CN 106584966 A CN106584966 A CN 106584966A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cloth
unidirectional
fibre bundle
carbon fibers
titanium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611203316.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106584966B (zh
Inventor
骆良顺
韩宝帅
唐迎春
李东海
罗磊
徐严谨
王亮
苏彦庆
郭景杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201611203316.6A priority Critical patent/CN106584966B/zh
Publication of CN106584966A publication Critical patent/CN106584966A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106584966B publication Critical patent/CN106584966B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14—Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/06—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the heating method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • B32B37/1018—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure using only vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

一种Ti/Al/Cf层状复合材料及其制备方法。本发明涉及Ti/Al/Cf层状复合材料及其制备方法。本发明是为了解决目前Ti/Al/Cf层状复合材料界面结合较差的问题。产品：由层状芯材和包套组成，所述的包套由厚度为30μm～50μm的钛箔制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、碳纤维布层、铝层和钛层。方法：一、碳纤维布表面处理；二、钛箔与铝箔的表面清洗；三、制备预制件；四、包套；五、真空热压烧结。本发明层状材料界面结合良好，界面强度高。材料在真空中烧结制备，制备工艺简单易行，操作方便。

Description

一种Ti/Al/Cf层状复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及Ti/Al/Cf层状复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的不断发展，工业对材料的性能提出了与日俱增的要求，单一的材料已经难以满足所要求的特殊或综合性能。一方面要求结构材料具有高强度、重量轻、高温稳定性好等特点，另一方面要求功能材料集热、化学、电、磁等多种特性于一体。
金属基复合材料以其良好的力学性能，引起了世界各国材料领域研究者的关注，它具有较高的比强度、比刚度、比模量等优异的性能，可以广泛应用汽车以及航空航天等领域。常见的金属基体一般为铝、镁轻金属以及耐热性较好的钛合金等，目前应用较广泛的是碳纤维增强铝基复合材料，由于它密度小，导电、导热性好，比模量高、比强度高，高温尺寸稳定性和高温强度好，在以航空航天为代表的众多领域得到普遍的应用。
钛及钛合金所具有的密度小、高比强度、耐高温、耐腐蚀、无磁、透声、抗冲击振动等良好的综合性能，为钛及钛合金在各个工业领域开辟了广阔的应用前景。
以层状形式将碳纤维增强复合材料与钛合金复合，可使两者的优势得到充分发挥，同时具备密度低、高强度、高弹性等优异性能，特殊的层状结构使得材料具有较强的抵御外力冲击能力。
发明内容
本发明是为了解决目前Ti/Al/Cf层状复合材料界面结合较差的问题，而提供一种Ti/Al/Cf层状复合材料及其制备方法。
本发明的一种Ti/Al/Cf层状复合材料由层状芯材和包套组成，所述的包套由厚度为30μm～50μm的钛箔制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、碳纤维布层、铝层和钛层。
本发明的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法按以下步骤完成的：
一、碳纤维布表面处理：将碳纤维布在温度为350～400℃的条件下烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到碳纤维布；
二、钛箔与铝箔的表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L～0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到铝箔；
步骤二①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，其中HF/HNO3混合溶液中HF与水的体积比为1:20，HF/HNO3混合溶液中HNO3与水的体积比为1:20；
三、制备预制件：将碳纤维布、钛箔和铝箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为钛层和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、碳纤维布层、铝层和钛层；
四、包套：用厚度为30μm～50μm的钛箔按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，然后用钢丝进行捆绑，并密封包套，得到带包套叠层材料预制体；
五、真空热压烧结：将带包套叠层材料预制体放入模具中，装入炉内，对炉内抽真空至真空度为1×10-1Pa以下，然后升温至温度为550～680℃，施压至压力为10MPa～50MPa，并在温度为550～680℃和压力为10MPa～50MPa的条件下保温保压0.5h～2h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到Ti/Al/Cf层状复合材料；
本发明有益效果：
本发明利用在铝在熔点温度附近具有较好的变形能力与流动性，在压力的作用下浸渗入碳纤维内部，形成碳纤维增强的铝基复合材料；同时在压力的作用下，钛箔与铝箔发生固相扩散反应，连接成一个整体。因此，制备出来的层状材料界面结合良好，界面强度高。
本发明中由于钛箔与铝箔发生反应会生成Ti-Al金属间化合物，反应物的数量和种类与反应温度和时间有密切的关系。因此，在本发明中可通过调整工艺参数来调整Ti-Al金属间化合物的含量，优化材料的性能。
本发明中可以调整钛箔与铝箔的厚度以及碳纤维布层数，调整各组元的体积分数，优化材料的性能。
本发明中材料在真空中烧结制备，制备工艺简单易行，操作方便。
附图说明
图1为本发明所述Ti/Al/Cf层状复合材料的结构示意图；
图2为试验一所述Ti/Al/Cf层状复合材料的SEM照片；
图3为图2的放大图；
图4为试验一所述Ti/Al/Cf层状复合材料的XRD图；
图5为试验三所述Ti/Al/Cf层状复合材料的SEM照片；
图6为图5的放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种Ti/Al/Cf层状复合材料由层状芯材和包套组成，所述的包套由厚度为30μm～50μm的钛箔制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、碳纤维布层、铝层和钛层。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的：所述的碳纤维布层为纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T300系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T700系列碳纤维布或纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T800系列碳纤维布。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的：所述的碳纤维布层为纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T300系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T700系列碳纤维布或纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T800系列碳纤维布。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的：所述的碳纤维布层为纤维丝束为6K的单向M35JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M40JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M46JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M50JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M55JB系列碳纤维布或纤维丝束为6K的单向M60JB系列碳纤维布。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的：所述的碳纤维布层为表面镀镍的碳纤维布或表面镀铜的碳纤维布。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的：所述叠层单元的个数为≥5。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的：当选择纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T300系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向垂直排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的：当选择纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T700系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向垂直排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的：当选择纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T800系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向垂直排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的：当选择纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T300系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向平行排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的：当选择纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T700系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向平行排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的：当选择纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T800系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向平行排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的：当选择纤维丝束为6K的单向M35JB系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的：当选择纤维丝束为6K的单向M40JB系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的：当选择纤维丝束为6K的单向M46JB系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同的：当选择纤维丝束为6K的单向M50JB系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至十五之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同的：当选择纤维丝束为6K的单向M55JB系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至十六之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的：当选择纤维丝束为6K的单向M60JB系列碳纤维布作为碳纤维布层时，相邻叠层单元的碳纤维布层中的碳纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤及参数与具体实施方式一至十七之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、碳纤维布表面处理：将碳纤维布在温度为350～400℃的条件下烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到碳纤维布；
二、钛箔与铝箔的表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L～0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到铝箔；
步骤二①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，其中HF/HNO3混合溶液中HF与水的体积比为1:20，HF/HNO3混合溶液中HNO3与水的体积比为1:20；
三、制备预制件：将碳纤维布、钛箔和铝箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为钛层和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、碳纤维布层、铝层和钛层；
四、包套：用厚度为30μm～50μm的钛箔按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，然后用钢丝进行捆绑，并密封包套，得到带包套叠层材料预制体；
五、真空热压烧结：将带包套叠层材料预制体放入模具中，装入炉内，对炉内抽真空至真空度为1×10-1Pa以下，然后升温至温度为550～680℃，施压至压力为10MPa～50MPa，并在温度为550～680℃和压力为10MPa～50MPa的条件下保温保压0.5h～2h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到Ti/Al/Cf层状复合材料；
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十九不同的是：步骤一中碳纤维布层为表面镀镍的碳纤维布时不对碳纤维布进行清洗。其他步骤及参数与具体实施方式十九相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十九或二十不同的是：步骤二①中所述的钛箔为厚度为100μm～200μm的TA1钛合金箔材、厚度为100μm～200μm的TC4钛合金箔材或厚度为100μm～200μm的TB8钛合金箔材。其他步骤及参数与具体实施方式十九或二十相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式十九至二十一之一不同的是：步骤二①中所述的钛箔为厚度为50μm的TA1钛合金箔材。其他步骤及参数与具体实施方式十九至二十一之一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式十九至二十二之一不同的是：步骤二②中所述的铝箔为厚度为200μm～300μm的纯铝箔材、厚度为200μm～300μm的1145铝合金箔材或厚度为200μm～300μm的6061铝合金箔材。其他步骤及参数与具体实施方式十九至二十二之一相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式十九至二十三之一不同的是：步骤二②中所述的铝箔为厚度为150μm的纯铝箔材。其他步骤及参数与具体实施方式十九至二十三之一相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式十九至二十四之一不同的是：步骤五中升温至温度为610～660℃，施压至压力为15MPa～30MPa，并在温度为610～660℃和压力为15MPa～30MPa的条件下保温保压1h～1.5h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到Ti/Al/Cf层状复合材料。其他步骤及参数与具体实施方式十九至二十四之一相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式十九至二十五之一不同的是：步骤五中升温至温度为630℃，施压至压力为20MPa，并在温度为630℃和压力为20MPa的条件下保温保压1.25h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到Ti/Al/Cf层状复合材料。其他步骤及参数与具体实施方式十九至二十五之一相同。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式十九至二十六之一不同的是：步骤四中包套的封装采用点焊机焊接封装。其他步骤及参数与具体实施方式十九至二十六之一相同。
用以下试验验证本发明有益效果
试验一、本试验的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、碳纤维布表面处理：将碳纤维布在温度为400℃的条件下烘烤0.5h，冷却后取出，放入丙酮溶液，利用超声波清洗技术清洗3次，再进行剪裁，得到碳纤维布；
步骤一中所述碳纤维布为纤维丝束为3K的双向T300系列碳纤维布；
二、钛箔与铝箔的表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L的NaOH溶液清洗，清洗2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到铝箔；
步骤二①中所述的钛箔为厚度为100μm的TA1钛合金箔材；
步骤二②中所述的铝箔为厚度为200μm的纯铝箔材；
步骤二①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，其中HF/HNO3混合溶液中HF与水的体积比为1:20，HF/HNO3混合溶液中HNO3与水的体积比为1:20；
三、制备预制件：将碳纤维布、钛箔和铝箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为钛箔和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝箔、碳纤维布、铝箔和钛箔；
步骤三中所述叠层单元的个数为5个；
四、包套：用厚度为30μm的钛箔按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，然后用钢丝进行捆绑，并密封包套，得到带包套叠层材料预制体；
五、真空热压烧结：将带包套叠层材料预制体放入模具中，装入炉内，对炉内抽真空至真空度为1×10-1Pa以下，然后升温至温度为660℃，施压至压力为30MPa，并在温度为660℃和压力为30MPa的条件下保温保压1h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到Ti/Al/Cf层状复合材料；
(一)对试验一得到的Ti/Al/Cf层状复合材料进行扫描电镜检测，得到如图2所示的试验一得到的Ti/Al/Cf层状复合材料的SEM照片，从图2可以看出，层状结构轮廓分明，白色层为金属Ti基体，白色层两侧的灰色层为金属Al，灰色层之间的黑色部分是C纤维。材料整体上结合致密，层与层之间没有明显得空隙与裂纹，可以看出基体Ti层在热压后发生明显的弯曲变形，Ti层厚度约为93um。
图3是图2的放大图，图中外围浅灰色部分是金属Ti基体，中间较宽的深灰色部分是金属Al基体，圆形和长条状黑色部分为双向C纤维，从图3可以看出，C纤维布仍然呈现出原有的垂直编织的形态。C纤维表面较平整，近似呈圆形，部分C纤维相互接触，Al液向C纤维中浸渗较充分，材料无明显的空隙，C纤维结构也未受到破坏。
(二)对试验一得到的Ti/Al/Cf层状复合材料进行X射线衍射检测，得到如图2所示的试验一得到的Ti/Al/Cf层状复合材料的XRD图，从图4可以看出，主要包括5类成分，分别是Ti、Al、C、Al4C3和TiAl3，可知界面反应的成分应该是Al4C3和TiAl3。
试验二、本试验的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、碳纤维布表面处理：将碳纤维布在温度为380℃的条件下烘烤40min，冷却后取出，放入丙酮溶液，利用超声波清洗技术清洗3次，再进行剪裁，得到碳纤维布；
步骤一中所述碳纤维布为纤维丝束为3K的双向T700系列碳纤维布；
二、钛箔与铝箔的表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L的NaOH溶液清洗，清洗2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到铝箔；
步骤二①中所述的钛箔为厚度为100μm的TC4钛合金箔材；
步骤二②中所述的铝箔为厚度为200μm的6061铝合金箔材；
步骤二①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，其中HF/HNO3混合溶液中HF与水的体积比为1:20，HF/HNO3混合溶液中HNO3与水的体积比为1:20；
三、制备预制件：将碳纤维布、钛箔和铝箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为钛箔和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝箔、碳纤维布、铝箔和钛箔；
步骤三中所述叠层单元的个数为10个；
四、包套：用厚度为50μm的钛箔按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，然后用钢丝进行捆绑，并密封包套，得到带包套叠层材料预制体；
五、真空热压烧结：将带包套叠层材料预制体放入模具中，装入炉内，对炉内抽真空至真空度为1×10-1Pa以下，然后升温至温度为630℃，施压至压力为20MPa，并在温度为630℃和压力为20MPa的条件下保温保压1.25h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到Ti/Al/Cf层状复合材料；
步骤一①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，其中HF/HNO3混合溶液中HF与水的体积比为1:20，HF/HNO3混合溶液中HNO3与水的体积比为1:20。
试验三、本试验的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、碳纤维布表面处理：选择表面镀镍的纤维丝束为3K的双向T700系列碳纤维布，不进行清洗直接使用；
二、钛箔与铝箔的表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到铝箔；
步骤二①中所述的钛箔为厚度为100μm的TA1钛合金箔材；
步骤二②中所述的铝箔为厚度为300μm的6061铝合金箔材；
步骤二①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，其中HF/HNO3混合溶液中HF与水的体积比为1:20，HF/HNO3混合溶液中HNO3与水的体积比为1:20；
三、制备预制件：将碳纤维布、钛箔和铝箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为钛箔和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝箔、碳纤维布、铝箔和钛箔；
步骤三中所述叠层单元的个数为10个；
四、包套：用厚度为30μm的钛箔按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，然后用钢丝进行捆绑，并密封包套，得到带包套叠层材料预制体；
五、真空热压烧结：将带包套叠层材料预制体放入模具中，装入炉内，对炉内抽真空至真空度为1×10-1Pa以下，然后升温至温度为680℃，施压至压力为15MPa，并在温度为680℃和压力为15MPa的条件下保温保压1h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到Ti/Al/Cf层状复合材料；
(一)对试验三得到的Ti/Al/Cf层状复合材料进行扫描电镜检测，得到如图5所示的试验三得到的Ti/Al/Cf层状复合材料的SEM照片，从图5可以看出，层状结构轮廓分明，白色层为金属Ti基体，白色层两侧存在紧贴着Ti层的较宽的浅灰色层区域和深灰色层旁边的较窄的浅灰色层区域，深灰色层区域是Ti与Al的界面反应层，浅灰色区域是金属Al，浅灰色层之间的黑色部分是C纤维。整体上材料结合致密，层与层之间没有空隙与裂纹。基体Ti层在热压后发生明显的弯曲变形，Ti层厚度约为29um，Ti层两侧的深灰色层区域的Ti与Al的界面反应层较厚，而浅灰色的金属Al层较薄。Al与Ti的反应十分剧烈，消耗较多金属Ti和Al，形成了很厚的界面反应层。

Claims (10)

1.一种Ti/Al/Cf层状复合材料，其特征在于一种Ti/Al/Cf层状复合材料由层状芯材和包套组成，所述的包套由厚度为30μm～50μm的钛箔制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、碳纤维布层、铝层和钛层。
2.根据权利要求1所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料，其特征在于所述的碳纤维布层为纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T300系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T700系列碳纤维布或纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T800系列碳纤维布。
3.根据权利要求1所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料，其特征在于所述的碳纤维布层为纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T300系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T700系列碳纤维布或纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T800系列碳纤维布。
4.根据权利要求1所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料，其特征在于所述的碳纤维布层为纤维丝束为6K的单向M35JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M40JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M46JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M50JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M55JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M60JB系列碳纤维布、表面镀镍的碳纤维布或表面镀铜的碳纤维布。
5.根据权利要求1所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料，其特征在于所述叠层单元的个数为≥5。
6.如权利要求1所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、碳纤维布表面处理：将碳纤维布在温度为350～400℃的条件下烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到碳纤维布；
二、钛箔与铝箔的表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L～0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到铝箔；
步骤二①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，其中HF/HNO3混合溶液中HF与水的体积比为1:20，HF/HNO3混合溶液中HNO3与水的体积比为1:20；
三、制备预制件：将碳纤维布、钛箔和铝箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为钛层和若干重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、碳纤维布层、铝层和钛层；
四、包套：用厚度为30μm～50μm的钛箔按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，然后用钢丝进行捆绑，并密封包套，得到带包套叠层材料预制体；
五、真空热压烧结：将带包套叠层材料预制体放入模具中，装入炉内，对炉内抽真空至真空度为1×10-1Pa以下，然后升温至温度为550～680℃，施压至压力为10MPa～50MPa，并在温度为550～680℃和压力为10MPa～50MPa的条件下保温保压0.5h～2h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到Ti/Al/Cf层状复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的碳纤维布层为纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T300系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T700系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的单向T800系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T300系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T700系列碳纤维布、纤维丝束为1K、3K、6K和12K的双向T800系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M35JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M40JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M46JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M50JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M55JB系列碳纤维布、纤维丝束为6K的单向M60JB系列碳纤维布、表面镀镍的碳纤维布或表面镀铜的碳纤维布。
8.根据权利要求6所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的钛箔为厚度为100μm～200μm的TA1钛合金箔材、厚度为100μm～200μm的TC4钛合金箔材或厚度为100μm～200μm的TB8钛合金箔材。
9.根据权利要求6所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的铝箔为厚度为200μm～300μm的纯铝箔材、厚度为200μm～300μm的1145铝合金箔材或厚度为200μm～300μm的6061铝合金箔材。
10.根据权利要求6所述的一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中升温至温度为610～660℃，施压至压力为15MPa～30MPa，并在温度为610～660℃和压力为15MPa～30MPa的条件下保温保压1h～1.5h，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到 Ti/Al/Cf层状复合材料。
CN201611203316.6A 2016-12-21 2016-12-21 一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法 Expired - Fee Related CN106584966B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611203316.6A CN106584966B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611203316.6A CN106584966B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106584966A true CN106584966A (zh) 2017-04-26
CN106584966B CN106584966B (zh) 2019-07-16

Family

ID=58601025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611203316.6A Expired - Fee Related CN106584966B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106584966B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107499495A (zh) * 2017-07-11 2017-12-22 中北大学 一种内垫夹层芯材的复合材料机翼前缘蒙皮及其制备方法
CN107513675A (zh) * 2017-07-31 2017-12-26 西安科技大学 一种碳化硅纤维束增强铝基复合材料的制备方法
CN108312665A (zh) * 2018-02-06 2018-07-24 哈尔滨工业大学 多级结构Ti-Al-Cf层状复合材料的制备方法
CN110315083A (zh) * 2019-07-25 2019-10-11 西北有色金属研究院 一种快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料的方法
CN114771053A (zh) * 2022-04-28 2022-07-22 大连大学 一种热等静压烧结Cf/Al-Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法
CN114935280A (zh) * 2022-04-28 2022-08-23 中北大学 TC4/Ni/Al叠层复合材料及其制备方法
CN115404373A (zh) * 2022-10-10 2022-11-29 中北大学 原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101112716A (zh) * 2007-08-29 2008-01-30 哈尔滨工业大学 制备TiAl基合金方坯的一种定向凝固装置
CN102626713A (zh) * 2012-04-05 2012-08-08 哈尔滨工业大学 一种TiAl基合金板材的制备方法
CN103879065A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 北京航空航天大学 碳化硅纤维增强钛铝基复合材料及其制作方法
CN105385869A (zh) * 2015-10-30 2016-03-09 航天材料及工艺研究所 高铌TiAl系金属间化合物与TC4钛合金复合构件的制备方法
WO2016076991A2 (en) * 2014-11-13 2016-05-19 Baker Hughes Incorporated Reinforced composites, methods of manufacture, and articles therefrom
CN105690915A (zh) * 2014-11-27 2016-06-22 比亚迪股份有限公司 一种纤维金属层合板及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101112716A (zh) * 2007-08-29 2008-01-30 哈尔滨工业大学 制备TiAl基合金方坯的一种定向凝固装置
CN102626713A (zh) * 2012-04-05 2012-08-08 哈尔滨工业大学 一种TiAl基合金板材的制备方法
CN103879065A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 北京航空航天大学 碳化硅纤维增强钛铝基复合材料及其制作方法
WO2016076991A2 (en) * 2014-11-13 2016-05-19 Baker Hughes Incorporated Reinforced composites, methods of manufacture, and articles therefrom
CN105690915A (zh) * 2014-11-27 2016-06-22 比亚迪股份有限公司 一种纤维金属层合板及其制备方法
CN105385869A (zh) * 2015-10-30 2016-03-09 航天材料及工艺研究所 高铌TiAl系金属间化合物与TC4钛合金复合构件的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李洪军: "《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技I辑》", 30 April 2016 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107499495A (zh) * 2017-07-11 2017-12-22 中北大学 一种内垫夹层芯材的复合材料机翼前缘蒙皮及其制备方法
CN107513675A (zh) * 2017-07-31 2017-12-26 西安科技大学 一种碳化硅纤维束增强铝基复合材料的制备方法
CN107513675B (zh) * 2017-07-31 2019-04-19 西安科技大学 一种碳化硅纤维束增强铝基复合材料的制备方法
CN108312665A (zh) * 2018-02-06 2018-07-24 哈尔滨工业大学 多级结构Ti-Al-Cf层状复合材料的制备方法
CN110315083A (zh) * 2019-07-25 2019-10-11 西北有色金属研究院 一种快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料的方法
CN114771053A (zh) * 2022-04-28 2022-07-22 大连大学 一种热等静压烧结Cf/Al-Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法
CN114935280A (zh) * 2022-04-28 2022-08-23 中北大学 TC4/Ni/Al叠层复合材料及其制备方法
CN114935280B (zh) * 2022-04-28 2023-12-01 中北大学 TC4/Ni/Al叠层复合材料及其制备方法
CN115404373A (zh) * 2022-10-10 2022-11-29 中北大学 原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料制备方法
CN115404373B (zh) * 2022-10-10 2023-03-10 中北大学 原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106584966B (zh) 2019-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106584966B (zh) 一种Ti/Al/Cf层状复合材料的制备方法
CN106521368B (zh) 一种纤维增强Ti/Al层状复合材料及其制备方法
CN102936148B (zh) 一种高温炉用炭/炭复合材料的制备方法
CN106222463B (zh) 一种轻质AlSiTi系高熵合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN103572187B (zh) 一种轻质金属间化合物基层状复合材料的制备方法
CN109175764B (zh) 一种石墨烯海绵中间层辅助钎焊的方法
CN106476395B (zh) 一种钛铜层状电极复合材料的快速制备方法
CN106042584B (zh) 一种复合层板制件的制备方法
CN107570830B (zh) 一种CuO纳米结构增强的泡沫铜中间层辅助钎焊的方法
CN113088836B (zh) 一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法
CN106476358B (zh) 基于超声波固结成形辅助复合材料Ti/Al3Ti的快速制备方法
CN102501457A (zh) 陶瓷-TiAl微叠层复合材料板材及其制备方法
CN111560572A (zh) 一种连续碳纤维增强镁-铝双金属基复合材料及其制备方法
CN102943225B (zh) 一种碳纤维布/铝合金复合材料及其制备方法
CN108372690A (zh) 一种网状结构增韧仿生复合材料及其结构件的制备方法
CN104099540A (zh) 用于减振降噪的NiTi纤维增强金属间化合物基层状复合材料的制备方法
CN1535812A (zh) Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法
CN105002450B (zh) 一种提高Al3Ti金属间化合物室温塑性及强度的方法
CN107326307B (zh) 超声振动制备层状交叉碳纤维增强金属基复合材料的方法
CN108312665B (zh) 多级结构Ti-Al-Cf层状复合材料的制备方法
CN106676292B (zh) 一种Al-CuZn双金属导电材料的制备方法
CN116552092A (zh) 一种超导热金刚石-铜复合箔片的制备方法
CN113580691B (zh) 一种铝基碳纤维金属层板构件及其成形制备方法
CN107761018A (zh) 一种TiNi形状记忆合金丝增强镁合金复合材料的制备方法
CN110978721B (zh) 一种控制FeAl金属间化合物层状复合材料缺陷和开裂的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190716

Termination date: 20211221

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee