CN107921539B

CN107921539B - 用于制造由复合材料构成的部件的方法

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Publication number: CN107921539B
Application number: CN201680049087.9A
Authority: CN
Inventors: 纪尧姆·弗里堡
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2036-08-02
Also published as: US11097345B2; EP3331657B1; FR3039839B1; EP3331657A1; US20180221957A1; CN107921539A; FR3039839A1; WO2017021652A1

Abstract

本发明涉及一种由包括金属基体(14)致密化的纤维强化物的复合材料制造部件(15)的方法。

Description

用于制造由复合材料构成的部件的方法

背景技术

本发明涉及一种制造具有金属基体的复合材料部件的方法。

已经设想过通过基于例如碳化硅这样的陶瓷材料的长纤维来强化金属部件，以便改善所述部件的机械性能(弹性极限，杨氏模量)。然而，采用常规成型方法(铸造，锻造，机械加工)将长纤维集成在金属基体中较为复杂。此外，纤维与金属基体之间的内聚力一般较弱，这要么由于这两个元件之间的扩散较差导致，要么由于纤维和基体之间的反应导致。

用于改善纤维和金属基体之间的内聚力的一种解决方案包括使用由陶瓷材料芯和围绕该芯的金属材料护套构成的纤维。举例来说，护套可以通过高速涂覆沉积。然后可以通过扩散焊接进行热处理，以便将纤维固定到之前已经成型过的部件上，例如通过锻造和/或机械加工成型的部件。举例来说，该解决方案在文献FR2886180中得到了描述。该方案有效，但需要较长的一系列操作：成型初始部件，机械加工出槽来容纳所述纤维，焊上盖子来封闭该部件，以及扩散焊接热处理。此外，在这种类型的解决方案中，纤维的分布在每种场合中都需要特定的操作，使得在多个位置分布的纤维都相对较长。已知的文献US2011/0027119公开了一种制造具有金属基体的复合材料插件的部件的方法。文献EP2418297公开了一种制造用金属基体复合材料所制物品的方法。

因此，需要更简单的方法来制备由陶瓷纤维强化的金属基体复合材料部件，同时所得部件要保留令人满意的机械性能。

发明内容

为此，在第一方面，本发明提出了一种制造包括由金属基体致密化的纤维强化物的复合材料制成的部件的制造方法，该方法包括至少以下步骤：

a)在第一预制件上定位包括芯的多根纤维，其中每根纤维由金属护套所涂覆的陶瓷材料制成，该第一预制件用于制造所述部件的第一部分，所述第一预制件至少包括第一合金的金属粉末和第一粘合剂；

b)为了获得堆叠结构，在第一预制件上为制造所述部件的第二部分定位第二预制件，在所述堆叠结构中，所述纤维存在于第一预制件和第二预制件之间，所述第二预制件至少包括第二合金的金属粉末和第二粘合剂；第一合金的熔点T₁，第二合金的熔点T₂以及所述纤维的金属护套的熔点T₃满足以下两个条件：

|T₃-T₁|/T₁≤25％,以及

|T₃-T₂|/T₂≤25％；

c)对执行步骤b)后获得的堆叠结构中存在的第一和第二粘合剂进行消除，以得到脱粘合剂的堆叠结构；以及

d)为了获得所述复合材料部件，对所述脱粘合剂的堆叠结构进行热处理。在此期间，通过扩散焊接，纤维的金属护套与第一和第二合金的粉末组合，第一和第二合金的粉末被烧结形成金属基体。

除非另有说明，否则熔点T₁，T₂和T₃以℃(摄氏度)表示。除非另有说明，否则写成|A|的数值指代数值A的绝对值。

温度T1，T2和T3满足上述两个不等式的事实，使得所述纤维的所述金属护套和第一和第二粉末之间能够保持出色的兼容性，从而执行有效的扩散焊接并在所述纤维和所述金属基体之间得到质量良好的界面，因此能够获得具备所需机械性能的部件。

使用基于粉末的第一和第二预制件的事实有利地大幅简化了复合材料部件的制造，特别是因为对于将所述纤维的金属护套结合到金属基体上以及对于致密第一和第二预制件以形成所述金属基体两者，采用相同的热处理步骤的可能性。通过这样的简化方法可以获得具备令人满意的机械性能的部件，如上文所述，这是由于所用的材料具有特定的熔点以保证有效的扩散焊接。

第一粘合剂和第二粘合剂可以是相同的或不同的。第一合金的金属粉末可以在第一预制件中的体积含量为50％至80％，第一粘合剂可以在第一预制件中的体积含量为20％至50％。同样，第二合金的金属粉末可以在第二预制件中的体积含量为50％至80％，第二粘合剂可以在第二预制件中的体积含量为20％至50％。

优先地，满足以下两个条件：

|T₃-T₁|/T₁≤15％以及

|T₃-T₂|/T₂≤15％。

满足这两个不等式的事实，可以有利地进一步改善为将所述纤维的金属护套与所述金属基体相结合所进行的扩散焊接的质量，因此进一步改善了所获得部件的机械性能。

在一种实现中，可以通过执行金属注射成型的方法来形成每个第一和第二预制件。

形成第一和第二预制件的所执行的金属注射成型方法有利地可以进一步简化，从而使得能够直接获得具有所需尺寸或者实际上具有所需尺寸的第一和第二预制件，进而减少后续机械加工的持续时间，或者实际上省略这种机械加工。

举例来说，所述纤维的芯可以由碳化硅，氧化锆，或者氧化铝制成。

优选地，所述纤维的所述金属护套，第一合金，以及第二合金中每个的主要重量可以分别由同一金属元素组成。换句话说，在这种情况下应该理解的是，所述纤维的所述金属护套至少50％的重量由化学元素X组成，第一和第二合金中每个的至少50％的重量由同一元素X组成。

这样的实现可以有利地进一步改善所述纤维的所述金属护套和所得部件的所述金属基体之间的兼容性。

特别地，形成所述纤维的所述金属护套的材料可以与第一合金的材料和/或第二合金的材料相同。

在一个实现中，所述纤维可以被容纳在所述堆叠结构中形成在第一预制件和/或第二预制件表面中的凹槽内。

这种实现有利地使得相对较厚的纤维能够被用于所述部件的纤维强化，所述凹槽完全或部分地补偿所述纤维的厚度。

在一个实现中，全部或部分所述纤维的所述金属护套的形式可以为金属材料的连续层。

在一个实现中，所有或一些所述纤维的所述金属护套的形式可以为分别围绕所述芯的多个金属绞线的形式，例如螺旋缠绕在所述芯上。

在一个实现中，所述纤维可以包括沿第一方向延伸的第一组纤维和沿第二方向延伸的第二组纤维，第二方向与第一方向不平行。

有利地，以下两个条件可以被满足|T₂-T₁|/T₁≤25％，优选为|T₂-T₁|/T₁≤15％。这样的实现有利地用于进一步改善所获得的金属基体的质量。

特别地，第一合金可以与第二合金相同。在变体中，第一合金可以不同于第二合金。

在一个实施方式中，第一合金和第二合金可以选自：钛基合金，镍基合金，钴基合金，铝基合金，以及钢。

附图说明

本发明的其它特征和优点从以下对本发明特定实现的描述中体现，由作为参考附图的非限定性实施例给出，其中：

图1A至1G示出了本发明的方法的实施例中的各个步骤；

图2A和2B示出了图1A至1G示出的实施例方法中所用的纤维结构；

图3A和3B示出了可以被用在本发明的方法范围中的变体纤维结构；

图4A示出了用于在第一预制件上定位纤维的一个可能的实施例；

图4B示出了用于在第一预制件上定位纤维的另一个可能的实施例；

图5A至5D示出了本发明的变体方法中的各个步骤；

图6A至6K示出了本发明的变体方法的各个步骤；以及

图7示出了本发明的变体实现的细节。

具体实施方式

图1A至1G示出了本发明的第一实施例方法的各个步骤的实现。图1A示出了限定模具1和反模2之间限定的模腔3，其中通过注射金属来执行模塑，以获得第一或第二预制件。所述金属注射成型方法是一种已知技术。所述模腔3具有待制造的预制件的形状。注射组合物5最初在压力下被注入模腔3中。该注射组合物5包括金属合金和粘合剂的粉末，用来形成第一和第二预制件中的一个。举例来说，用于注射组合物5中的金属合金可以是基于钛的合金，基于镍的合金，基于钴的合金，基于铝的合金，或钢。除非另有说明，否则被称为“基于化学元素X”的材料具有的化学元素X的重量大于或等于50％。

所述粘合剂可以选自：石蜡、热塑性树脂、琼脂凝胶、纤维素、聚乙烯、聚乙二醇、聚丙烯、硬脂酸、聚甲醛，及它们的混合物。举例来说，所述金属合金粉末在所述注射组合物5的体积含量在50％-80％的范围内。举例来说，所述粘合剂在所述注射组合物5的体积含量在20％-50％的范围内。举例来说，注射组合物5最初可以在150℃至200℃温度范围的中性气体环境下混合，然后可以在该温度下注入所述模腔3中。

在所示的实施例中，通过单一注射点4将注射组合物5注射进模腔3中。自然地，通过多个注射点将所述注射组合物注射进所述模腔中使得所述注射组合物能够同时或不同时地被注射入所述模腔的多个部分中，这不会超出本发明的范围。在注射过程中，可以对所述模具1和反模2进行温度调节。举例来说，模具1和反模2可以保持在30℃至70℃的温度范围中，以促进毛坯的冷却。以这种方式制造的毛坯可以说处于“绿色”或塑性状态。这对于将注射组合物5注入到被抽空的模腔3中是有利的，以促进注射并保证待成型毛坯的均匀性。

在参考图1A至1G所示的实施例中，每个第一和第二预制件都在两次单独的注射中获得。举例来说，这两次注射可以一个接一个地注射进同一模腔，或者在变体中可以在两个不同的模腔内同时或不同时地进行。

一旦进行了注射，如图1C所示脱模第一和第二预制件的毛坯6a和6b。一旦从模腔3中将它们提取出来，所述毛坯6a和6b可以在所述绿色状态期间被机械加工，以消除溢料或熔渣或注射点。此外，如下文描述的，为了修改随后在本方法中彼此面对的毛坯6a和6b的表面并且/或者为了提供第一和第二预制件的表面内的凹槽，执行机械加工。执行完该机械加工操作后，便获得了用于待制造部件的第一部分的第一预制件7a，该预制件7a至少包括第一合金的金属粉末以及第一粘合剂，还获得了用于待制造部件的第二部件的第二预制件7b，该预制件7b至少包括第二合金的金属粉末以及第二粘合剂。举例来说，第一合金的粉末和/或第二合金的粉末的D90颗粒尺寸小于或等于150微米(μm)(即至少90％的所述粉末的颗粒的尺寸小于或等于150微米)。

本发明不局限于执行金属注射成型方法来获得第一和第二预制件。具体地，在一种变体中，可以使用带铸方法或粉末压实方法。然而，用金属注射成型方法来形成第一和第二预制件是有利的，以便快速获得所述预制件的毛坯，所述毛坯具有接近所需设计的尺寸，从而简化了机械加工所述毛坯的步骤。执行金属注射成型方法还有利地可以快速获得形状相对复杂的预制件。举例来说，要在本发明的方法的范围中形成的部件可以是涡轮发动机部件，例如涡轮发动机叶片。在一种变体中，所述部件可以表现出轴对称形状，并且，例如它可以构成可选地分开的涡轮机环。

此后，执行步骤a)，在此期间多根纤维10定位在第一预制件7a的表面上，如图1E所示。所述纤维10在第一预制件7上的定位可选地可以被自动化。图2A和2B示出了所用纤维10的结构。图2A是所述纤维10的横截面视图，图2B是所述纤维10的纵剖面视图。每根纤维10包括被金属护套10b涂覆在内的陶瓷材料芯10a。构成所述护套10b的金属材料可以是金属或金属合金。在所示实施例中，所述金属护套10b为金属材料的连续层的形式，例如通过高速涂覆法(HSC)所获得。举例来说，所述陶瓷材料芯10a可以由氧化铝、氧化锆、或者碳化硅制成。举例来说，所述芯10a所呈现的直径(最大横向尺寸)大于或等于1微米，例如在1微米至140微米的范围内。所述金属护套10b的厚度可以大于或等于1微米，例如在1微米至140微米的范围内。如下文详述的那样，所述金属护套将在所述纤维10的芯10a和所得的复合材料部件的金属基体之间形成界面。图3A和3B示出了可用于本发明的方法的范围中的变体纤维10’。在该变体中，金属护套10’b为缠绕所述芯10’a的多根金属绞线10’c的形式。每根所述金属绞线10’c可以缠绕着芯10’a。该芯10’a的直径和所述金属护套10’b的厚度可以如图2A和2B所描述的那样。在图3A和3B所示的配置中，至少6根金属绞线10’c可围绕每根纤维10’的芯10’a。

如图所示，一旦它们已经定位于第一预制件7a上，纤维10可在第一预制件7a的大部分(大于50％)的长度上延伸，举例来说，如图所示，它们可以在第一预制件7a的全长上延伸。一旦它们已经定位于第一预制件7a上，所述纤维10可以由第一预制件7a的第一端17a延伸到与第一预制件17a相对的第一预制件7a的第二端18a。一旦它们已定位于第一预制件7a上，所述纤维10表现出延伸过第一预制件7a的额外长度区域11和12。在图1E所示的实施例中，所述额外长度区域11和12由第一预制件7a的相对两端17a和18a延伸。一般地，所述纤维10在步骤a)期间沿施加到待获得的部件的机械应力的轴线定位。定位于第一预制件7a上的纤维10的密度可以大于或等于第一预制件7a宽度的每厘米5根纤维。该纤维10的密度可以小于或等于低于第一预制件7a的宽度的每厘米10根纤维，举例来说，也就是在第一预制件7a宽度的每厘米5根纤维至每厘米10根纤维之间。

图4A示出了将纤维10定位在第一预制件7a上的一个可能的实施例。图4A为对应纤维10和第一预制件7a的平面图。如图4A所示，一旦它们已经定位于第一预制件7a上，所述纤维10可以彼此隔开。举例来说，图4A中所示的所述纤维10之间的距离e可以为常数。在图4A的实施例中，一旦它们已经定位于第一预制件7a上，所述纤维10彼此平行。如图4A所示，一旦它们已经定位于第一预制件7a上，所述纤维10基本上以直线形式延伸。在没有示出的变体中，定位于第一预制件上的所述纤维之间的间隔可以不同。在没有示出的变体中，一旦它们已经定位于第一预制件上，所述纤维可以彼此接触。

图4B示出了将纤维10定位在第一预制件7a上的可能变体。在该变体中，所述纤维10包括沿第一方向X延伸的第一组纤维10，以及沿第二方向Y延伸的第二组纤维10，其中Y与X不平行。举例来说，如图4B所示，第一方向X可以垂直于第二方向Y。图4A和4B示出了用于将纤维10定位在第一预制件7a上的可能的实施例，可以在本发明范围中设想第一预制件上纤维的任何排布。

一旦纤维10定位于第一预制件7a上，所述方法继续步骤b)，在此期间向被纤维10所盖的第一预制件7a移动第二预制件7b，并定位于第一预制件7a上，如图1F所示。一旦执行了步骤b)，所述纤维10便被插入在第一预制件7a和第二预制件7b之间。所述纤维10与第一预制件7a和第二预制件7b相接触。第二预制件7b盖着第一预制件7a和所述纤维10。定位第二预制件7b时，执行步骤a)期间纤维的定位不变。因此，上述关于纤维10定位的详情在执行步骤b)后仍然保持正确。在定位所述纤维10之前，第一预制件7a和第二预制件7b没有任何纤维强化元素。具体地，所述纤维10将构成待获得的复合材料部件的纤维强化物，并存在于第一预制件7a和第二预制件7b的界面处。

一旦执行了步骤b)，纤维10可以在第一预制件7a和第二预制件7b之间的大部分(大于50％)重叠区域长度中延伸，举例来说，如图所示，它们可以在该区域的全长上延伸。第一预制件7a和第二预制件7b之间的重叠区域对应于第一预制件7a和第二预制件7b叠置的区域。一旦执行了步骤b)，所述纤维10可以由第二预制件7b的第一端17b延伸到与第一端17b相对的第二预制件7b的第二端18b。如图所示，所述纤维10的额外长度区域11和12可以延伸超过第一预制件7a和第二预制件7b之间的重叠区域。

如上所述，第一合金，第二合金以及构成所述纤维的护套的材料并不是随意选择的。具体地，第一合金的熔点T₁，第二合金的熔点T₂，以及所述纤维的金属护套的熔点T₃满足以下两个条件：

|T₃-T₁|/T₁≤25％,并且

|T₃-T₂|/T₂≤25％。

满足这两个T₃和T₁之间相对差值与T₃和T₂之间相对差值的不等式有利地保证了所述纤维的金属护套与由第一和第二合金粉末形成的金属基体之间的良好的扩散焊接，从而优化了所获得部件的机械性能。

有利地，可以使用以下组合：

-基于镍的第一和第二合金，以及基于镍的所述纤维的金属护套；

-基于铁的第一和第二合金，以及基于铁的所述纤维的金属护套；

-基于钛的第一和第二合金，以及基于钛的所述纤维的金属护套；

-基于钴的第一和第二合金，以及基于钴的所述纤维的金属护套；

-基于铁的第一和第二合金，以及基于镍的所述纤维的金属护套；

-基于镍的第一和第二合金，以及基于铁的所述纤维的金属护套；

-基于钴的第一和第二合金，以及基于镍的所述纤维的金属护套；

-基于镍的第一和第二合金，以及基于钴的所述纤维的金属护套；

优先地，第一和第二合金以及所述纤维的金属护套中每个可以基于同样的金属元素。特别地，第一和第二合金可以是相同的，同时，构成所述纤维的金属护套的材料可以与构成第一和第二合金的材料相同。

以下为本发明的范围中所用的一些可能组合的实施例：

-所述纤维的金属护套由TiAl 48-2-2构成，第一和第二合金由TiAl 48-2-2构成；

-所述纤维的金属护套由Ta6V构成，第一和第二合金由TiAl 48-2-2构成；

-所述纤维的金属护套由T40钛构成，第一和第二合金由TiAl 48-2-2构成；

-所述纤维的金属护套由

718构成，第一和第二合金由

718构成；

-所述纤维的金属护套由

625构成，第一和第二合金由

718构成；

-所述纤维的金属护套由镍构成，第一和第二合金由

718构成；

-所述纤维的金属护套由镍构成，第一和第二合金由304L不锈钢构成；

-所述纤维的金属护套由304L不锈钢构成，第一和第二合金由304L不锈钢构成；

-所述纤维的金属护套由316L不锈钢构成，第一和第二合金由304L不锈钢构成。

一旦第二预制件被置于第一预制件的适当位置，步骤b)可以可选地包括执行加热步骤通过第一和第二粘合剂来将第一预制件、第二预制件与所述纤维组合在一起。该组装步骤可以获得包含第一预制件和第二预制件以及插在二者中间的所述纤维的加固堆叠结构。执行该加热步骤之后，可执行对所述加固堆叠结构的机械加工的步骤，以将其尺寸调整至最终部件所需的尺寸。

执行步骤b)后得到的所述堆叠结构随后被脱粘合剂(步骤c))，在脱粘合剂期间选择性地消除所述堆叠结构中存在的第一和第二粘合剂。在步骤c)期间，所述堆叠结构与一种或多种适于溶解全部或者部分第一和第二粘合剂的溶剂接触，可以执行所述堆叠结构的化学脱粘合剂。在一种变体中或者在组合中，可以在步骤c)期间执行热脱粘合剂。在这种情况下，热脱粘合剂可以在烧结壳体中执行，以避免在步骤c)和步骤d)之间任何移动所述堆叠结构的需要。热脱粘合剂可以在使用了化学脱粘合剂之后执行。本发明的范围中所使用的执行脱粘合剂的条件本身都是已知的。

此后，执行对所述脱粘合剂堆叠结构进行热处理的步骤d)，以得到由金属复合材料14制成的部件15(如图1G)。在步骤d)期间，通过扩散焊接，所述纤维的所述金属护套变得与第一和第二合金的粉末组合，并将粉末烧结形成金属基体。举例来说，在步骤d)期间，可以对所述脱粘合剂的堆叠结构施加的处理温度大于或等于1200℃，例如，在1250℃至1350℃的范围内。举例来说，施加该处理温度的持续时间可以大于或等于120分钟，例如在120分钟至180分钟的范围内。步骤d)用来致密化第一和第二合金的粉末并在第一和第二预制件同所述纤维的所述金属护套之间建立结合。如上所述，使用与金属基体兼容的材料包裹的纤维可以改善所述纤维和金属基体之间的内聚力，从而优化所获得部件的机械性能。

此外，消除所述纤维10的额外长度区域11和12。该额外长度区域11和12的消除可以在步骤d)之后或之前执行，或者实际在步骤c)之前。一旦获得了所述部件15，可以可选地在其上执行附加的机械加工步骤，以将部件15的尺寸调整到所需尺寸。随后，得到的该部件15可以进行热等静压处理或任何精加工处理。

在本发明的一个未示出变体中，在将第二预制件置于第一预制件的所述纤维上后，如上所述，可以再次将包裹的陶瓷芯纤维定位在远离第一预制件的第二预制件的一侧上，随后再定位包含金属粉末和粘合剂的第三预制件。随后通过进行热处理步骤d)，可以对该组合件进行脱粘合剂，以获得所述复合材料部件。因此，在本发明方法范围中获得部件可以具有一层或多层纤维。

图5A至5D示出了本发明方法的变体，其中第一和第二预制件在相同的注射步骤内形成。更精确地，将注射组合物25通过注射点24注入到由模具21和反模22所限定的模腔23中。这种注射方法可以形成母坯26，该母坯接下来可以进行机械加工步骤。随后在两个可选的机械加工的母坯中执行切割步骤，以形成第一预制件27a和第二预制件27b(如图5D)。然后继续用该方法以与上述相似的方式得到第一预制件27a和第二预制件27b。

图6A至6K示出了本发明的方法的变体实现的步骤。图6A(平面图)和图6B(纵截面图)示出了支撑件30上出现的第一预制件37a。该第一预制件37a呈现在支撑件30的两个侧壁31和32之间，并且纤维10呈现在第一预制件37a上，以及侧壁31和32上。如图所示，侧壁31和32中每个都具有开口31a，31b，32a，32b。图6C(平面图)，6D(纵截面视图)和6E(横截面视图)示出了在将定位元件35或36定位在每个侧壁31和32上之后所获得的结构。如图所示，每个所放置的定位元件35和36呈现多个齿39，齿与齿之间容纳了所述纤维10，从而可以将纤维10保持在所需方位上。此外，每个定位元件35和36呈现开口35a，35b，36a和36b，定位它们与所述支撑件30的侧壁31和32的开口31a，31b，32a，32b对齐。如图6F和6G所示，定位元件35和36随后通过实施例中所示的螺母-螺栓系统形式的紧固元件40a，40b，41a，41b，固定到支撑件30上。此后，第二预制件37b定位在所述纤维10(如图6H和6I)和第一预制件37a上。如上所述，所述预制件37a，37b以及所述纤维10随后用预制件37a和37b中具有的粘合剂，通过热处理方式组合在一起。由第一预制件37a和第二预制件37b与所述纤维10一起组成的该加固堆叠结构随后被从支撑件30上移除(如图6J和6K)，以进行上文所述的步骤d)中的脱粘合剂和热处理。

图7示出了所述堆叠结构中的所述纤维10被安放在凹槽42a和42b中的变体实现，其中凹槽42a和42b在第一预制件37a和/或第二预制件37b的表面内形成。所述纤维10的全部或部分厚度可以被容纳在这些凹槽42a和42b中。第一预制件和第二预制件只有其中之一在其表面内存在该所述凹槽的情况不会超出本发明的范围。

实施例

首先制备金属粉末和粘合剂的混合物。该混合物包含占体积的60％的TA6V合金金属粉末和占体积40％的聚乙二醇、聚乙烯和聚丙烯组成的粘合剂。所用的TA6V金属粉末的D90尺寸小于35微米，并通过氩气雾化得到该粉体。

从TA6V粉末和粘合剂的混合物开始，获得第一和第二预制件。为此，将混合物注入两个注射模具中。在约190℃下注射混合物，所述模具冷却至约50℃。在将混合物注射并在模具中成型后，便获得了所述部件各自部分的第一和第二毛坯。去掉了两个毛坯的毛边并消除熔渣，以获得第一和第二预制件，每一个都构成了待获得部件的一半的预制件。

随后将纤维定位在两个预制件之一的表面上。所用纤维其核心由直径为80微米的碳化硅构成，并伴有厚度为10微米的纯钛护套(护套中的钛成分重量含量大于99％)。该钛护套通过高速涂覆沉积在所述陶瓷核心上。通过在所述预制件宽度的每10毫米上沉积10根纤维，足量的纤维沉积覆盖了所述预制件表面区域的10％。用工具方便定位纤维并将它们保持在原位，该工具的使用是可选的。

一旦所述纤维被置于第一预制件上的适当位置，第二预制件被定位在第一预制件和所述纤维上。用夹具夹持的由两个预制件及插在二者中间的纤维构成的组件随后被放入保持在70℃的炉子中一小时。烘干用于通过存在于预制件中的粘合剂将两个预制件粘合在一起，得到加固堆叠结构。该加固堆叠结构随后与夹具分离。随后，通过将该结构浸没在搅拌的软化水浴中浸泡以进行第一步的化学脱粘合剂。水浴温度为60℃，该脱粘合剂步骤持续24小时。

一旦在软化水中执行了脱粘合剂，将部分脱粘合剂剂的结构置于锆盘上，并放入烘箱内，进行热处理以最终完成热脱粘合剂。然后，继续热处理以烧结金属粉末，从而形成部件的基体，从而将纤维的金属护套结合到所述基体上。在热处理期间施加20毫巴压强的氩气环境。所执行的热处理具有如下特征：

-以每分钟5℃的速度从20℃提升至200℃；

-以每分钟2℃的速度从200℃提升至350℃，并在350℃保持1小时；

-以每分钟2℃的速度从350℃提升至470℃，并在470℃保持1小时；

-以每分钟5℃的速度从470℃提升至1250℃，并在1250℃保持3小时；以及

-以每分钟10℃的冷却速度从1250℃降至80℃。

一旦已经执行了热处理，从烘箱中提取所得到的部件，并且切断从部件突出的纤维部分。随后该部件可选择性地进行机械加工，以便将其形状和尺寸调整到所期望的应用。

术语“……至……”应当被视为包括临界值。

Claims

1.一种由包括金属基体(14)致密化的纤维强化物的复合材料制造部件(15)的方法，该方法至少包括以下步骤：

a)在第一预制件(7a；27a；37a)上定位多根包括芯(10a；10’a)的纤维(10；10’)，每根纤维都由金属护套(10b；10’b)所涂覆的陶瓷材料制成，所述第一预制件(7a；27a；37a)用于待制造的所述部件的第一部分，所述第一预制件(7a；27a；37a)至少包括第一合金的金属粉末与第一粘合剂；

b)在第一预制件(7a；27a；37a)上定位用于待制造的所述部件的第二部分的第二预制件(7b；27b；37b)以获得堆叠结构，所述纤维(10；10’)呈现在所述堆叠结构中第一预制件(7a；27a；37a)和第二预制件(7b；27b；37b)之间，所述第二预制件(7b；27b；37b)至少包含第二合金的金属粉末与第二粘合剂，第一合金的熔点T₁，第二合金的熔点T₂以及所述纤维(10；10’)的金属护套(10b；10’b)的熔点T₃满足以下两个条件：

|T₃-T₁|/T₁≤25％，以及

|T₃-T₂|/T₂≤25％，

熔点T₁，T₂，和T₃以摄氏度表示；

c)在执行步骤b)以获得脱粘合剂的堆叠结构后，消除所获得的堆叠结构中具有的第一和第二粘合剂；以及

d)热处理所述脱粘合剂的堆叠结构以获得复合材料部件(15)，在此期间所述纤维(10；10’)的金属护套(10b；10’b)与第一和第二合金的粉末通过扩散焊接组合到一起，在此期间第一和第二合金的粉末被烧结形成金属基体(14)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中满足以下两个条件：

|T₃-T₁|/T₁≤15％,以及

|T₃-T₂|/T₂≤15％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中第一预制件(7a；27a；37a)和第二预制件(7b；27b；37b)中的每个预制件都通过执行金属注射成型方法形成。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维(10；10’)的金属护套(10b；10’b)，第一合金以及第二合金中每个都由占主要重量的同一金属元素构成。

5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述纤维(10；10’)的金属护套(10b；10’b)的材料与第一合金和/或第二合金的材料相同。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维(10)被容纳在所述堆叠结构中形成在第一预制件(37a)和/或第二预制件(37b)表面中的凹槽(42a；42b)内。

7.根据权利要求1所述的方法，其中全部或部分的所述纤维(10)的金属护套(10b)为连续层的金属材料形式。

8.根据权利要求1所述的方法，其中全部或部分的所述纤维(10’)的金属护套(10’b)为分别缠绕芯(10’a)的多个金属绞线(10’c)的形式。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维包括沿第一方向(X)延伸的第一组纤维，以及沿第二方向(Y)延伸的第二组纤维，其中第二方向(Y)与第一方向(X)不平行。

10.根据权利要求1所述的方法，其中第一合金与第二合金相同。

11.根据权利要求1所述的方法，其中第一合金和第二合金被选择自：钛基合金，镍基合金，钴基合金，铝基合金，以及钢。