CN110230012A - 一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，属于先进复合材料技术领域，该方法是在编织好的纤维预制体表面进行物理气相沉积薄层的金属元素，及最后对纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，从而实现纤维增强铝基复合材料的真空气压完全浸渗。本发明在纤维预制体预热温度低于450℃条件下，解决了纤维预制体真空气压浸渗成形过程中不能完全浸渗的难题，消除了复合材料内的微孔和疏松等缺陷，实现了高性能纤维增强铝基复合材料的浸渗成形，可批量工业化生产，在航空航天及国防军事等领域中具有广泛的应用前景。

Description

一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法
技术领域
本发明涉及先进的金属基复合材料领域，尤其是涉及一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法。
背景技术
纤维增强铝基复合材料具有高的比刚度和比强度、耐腐蚀性、优良的耐温性、抗冲击及抗损伤性好等优点，是航空、航天及国防等尖端工程技术领域最具发展潜力的结构材料之一。但如何制备出高性能的纤维增强铝基复合材料是目前该类复合材料理论研究和工程应用的关键技术。
而其中采用真空气压浸渗法是制备纤维增强铝基复合材料的理想方法之一。真空气压浸渗法是真空环境下压力成形，高压下凝固的一种先进成形技术，能克服增强体与铝合金之间的不润湿，具有制备工艺简单、浸渗压力易控，并实现了复合材料制备与成形一体化，能直接制备出尺寸精确和形状复杂的构件，避免了二次加工对复合材料整体性破坏和纤维损伤。目前，采用真空气压法制备陶瓷颗粒增强铝基复合材料已实现100%的完全浸渗，并在电子封装材料等领域得到广泛应用。虽然纤维预制体采用的是直径几微米至十几微米的细丝纤维束编织而成的，纤维之间的间隙大小与陶瓷颗粒之间的间隙差不多，但与陶瓷颗粒增强铝基复合材料不同的是，因纤维增强铝基复合材料的液态浸渗成形过程中，还需要避免纤维损伤及合理控制纤维和基体铝合金的界面反应，致使纤维预制体的预热温度较陶瓷颗粒预制体要低。因此，采用真空气压浸渗法制备成形的纤维增强金属基复合材料容易存在浸渗微孔、疏松和纤维损伤等缺陷。
综上，为避免纤维损伤，合理控制纤维和基体铝合金界面反应，如何进一步提高纤维增强铝基复合材料的致密度，实现纤维预制体的完全浸渗成形是目前纤维增强铝基复合材料真空气压浸渗法制备中急需解决的关键难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异的力学性能、能实现纤维增强铝基复合材料完全浸渗成形的方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，特征是：制备步骤如下
A、先进行纤维预制体的编织成型；
B、对编织好的纤维预制体进行一种或两种金属元素的物理气相沉积镀膜，镀膜厚度0.3μm-5μm；
C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，经机械加工成型后，在200℃-800℃温度下进行烘烤10-60min，待冷却至室温后用丙酮或乙醇清洗干净；
D、将纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用金属板材和金属管材将内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口，浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；
E、将已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态铝合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；
F、进行纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度小于200Pa后，停止抽真空；再充入纯度大于99.99%的高纯氩气，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力小于100KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具在负压、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；
G、当已焊接封装好的内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到300-450℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度小于200Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的浸渗升液管浸入下室的液态铝合金中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到1-12MPa，完成对纤维预制体的液态铝合金的真空压力充型；继续保压，保压时间为1-60min，保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致；
H、待浸渗好的纤维增强铝基复合材料冷却至室温后，通过上盖升降与旋转机构打开浸渗设备的上盖，取出浸渗石墨模具，进行脱模和表面加工处理；
I、将表面处理好的纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，进一步消除该复合材料中存在的微孔和疏松缺陷，即获得高致密的纤维增强铝基复合材料。
步骤A中，纤维为细丝碳纤维、细丝氧化铝纤维或细丝碳化硅纤维中的一种。
步骤B中，物理气相沉积镀膜方法为真空蒸镀、溅射镀膜或等离子体镀膜中的一种；金属元素为镁、铜、钛、银元素中的一种或者任意两种的金属，镀膜厚度为0.3μm-5μm。
步骤C中，石墨材料为石墨的含碳量>99.9%的高纯石墨。
步骤D中，金属板材和金属管材为不锈钢板材、管材，或碳钢板材或管材中的一种。
步骤I中，纤维增强铝基复合材料的热等静压处理工艺为低于基体铝合金固相线温度3-5℃，压力50-150MPa，保温2-10小时进行处理。
本发明是在纤维预制体表面进行物理气相沉积（PVD）金属元素，及最后对纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，从而实现纤维增强铝基复合材料的真空气压完全浸渗。本发明与纤维增强金属基复合材料的传统制备方法相比，本发明所采用方法的特点在于：实现了高性能纤维增强金属基复合材料的完全浸渗成形，另外由于大幅降低了纤维预制体的预热温度，能避免纤维损伤及有效控制纤维与基体合金之间的界面反应。
本发明在纤维预制体预热温度低于450℃条件下，解决了纤维预制体真空气压浸渗成形过程中不能完全浸渗的难题，复合材料内的微孔和疏松缺陷已消除，实现了高性能纤维增强铝基复合材料的浸渗成形，可批量工业化生产，在航空航天及国防军事等领域中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为真空气压浸渗设备示意图。
具体实施方式
下面对照实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种M40J纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，制备步骤如下：
A、先进行编织三维正交结构的M40J纤维预制体；
B、对编织好的三维正交结构的M40J纤维预制体进行镁元素的真空蒸镀镀膜，镀膜厚度3μm；
C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，经机械加工成型后，在500℃温度下进行烘烤30min，待冷却至室温后用丙酮清洗干净；
D、将纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用不锈钢板材和不锈钢管材将内嵌固定有三维正交的M40J纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口，浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；
E、将已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态ZL301铝合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；
F、进行纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度100Pa后，停止抽真空；再充入纯度大于99.99%的高纯氩气，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力80KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具在80KPa、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；
G、当已焊接封装好的内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到400℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度100Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的浸渗升液管浸入下室的液态ZL301铝合金中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到8MPa，完成对三维正交的M40J纤维预制体的液态铝合金的真空压力充型；继续保压，保压时间为15min，保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致；
H、待纤维增强铝基复合材料冷却至室温后，通过上盖升降与旋转机构打开浸渗设备的上盖，取出浸渗石墨模具，进行脱模和表面加工处理；
I、将表面处理好的纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，热等静压处理工艺为温度448℃，压力120MPa，保温4小时进行处理，即可获得高致密的三维正交M40J纤维增强铝基复合材料。
实施例2
一种2.5D编织的C纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，制备步骤如下：
A、先进行编织2.5D结构的C纤维预制体；
B、对编织好的2.5D结构的C纤维预制体进行钛元素的等离子体镀膜，镀膜厚度0.5μm；
C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，经机械加工成型后，在400℃温度下进行烘烤30min，待冷却至室温后用乙醇清洗干净；
D、将纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用不锈钢板材和不锈钢管材将内嵌固定有2.5D结构的C纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口，浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；
E、将已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态ZL102铝合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；
F、进行纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度50Pa后，停止抽真空；再充入纯度大于99.99%的高纯氩气，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力60KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具在70KPa、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；
G、当已焊接封装好的内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到400℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度50Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的浸渗升液管浸入下室的液态ZL102铝合金中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到10MPa，完成对2.5D结构的C纤维纤维预制体的液态铝合金的真空压力充型；继续保压，保压时间为10min，保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致；
H、待纤维增强铝基复合材料冷却至室温后，通过上盖升降与旋转机构打开浸渗设备的上盖，取出浸渗石墨模具，进行脱模和表面加工处理；
I、将表面处理好的纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，热等静压处理工艺为温度572℃，压力100MPa，保温6小时进行处理，即可获得高致密的2.5D结构的C纤维增强铝基复合材料。
实施例3
一种三维五向SiC纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，制备步骤如下：
A、先进行编织三维五向结构的SiC纤维预制体；
B、对编织好的三维五向结构的SiC纤维预制体进行镁元素的真空蒸镀镀膜，镀膜厚度1.5μm；
C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，经机械加工成型后，在500℃温度下进行烘烤50min，待冷却至室温后用丙酮清洗干净；
D、将纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用不锈钢板材和不锈钢管材将内嵌固定有三维五向SiC纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口，浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；
E、将已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态ZL401铝合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；
F、进行纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度100Pa后，停止抽真空；再充入纯度大于99.99%的高纯氩气，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力40KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具在90KPa、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；
G、当已焊接封装好的内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到400℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度100Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的浸渗升液管浸入下室的液态ZL401铝合金中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到12MPa，完成对三维五向SiC纤维预制体的液态铝合金的真空压力充型；继续保压，保压时间为30min，保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致；
H、待纤维增强铝基复合材料冷却至室温后，通过上盖升降与旋转机构打开浸渗设备的上盖，取出浸渗石墨模具，进行脱模和表面加工处理；
I、将表面抛光处理的纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，热等静压处理工艺为温度540℃，压力70MPa，保温8小时进行处理，即可获得高致密的三维五向SiC纤维增强铝基复合材料。
实施例4
一种Al2O3纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，制备步骤如下：
A、先进行编织2.5D结构的Al2O3纤维预制体；
B、对编织好的2.5D结构Al2O3纤维预制体进行铜元素的溅射镀膜，镀膜厚度2.5μm；
C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，经机械加工成型后，在420℃温度下进行烘烤40min，待冷却至室温后用丙酮清洗干净；
D、将纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用不锈钢板材和不锈钢管材将内嵌固定有2.5D结构Al2O3纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口，浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；
E、将已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态ZL101铝合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；
F、进行纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度60Pa后，停止抽真空；再充入纯度大于99.99%的高纯氩气，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力60KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具在60KPa、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；
G、当已焊接封装好的内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到450℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度60Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的浸渗升液管浸入下室的液态ZL101铝合金中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到9MPa，完成对2.5D结构Al2O3纤维预制体的液态铝合金的真空压力充型；继续保压，保压时间为10min，保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致；
H、待纤维增强铝基复合材料冷却至室温后，通过上盖升降与旋转机构打开浸渗设备的上盖，取出浸渗石墨模具，进行脱模和表面加工处理；
I、将表面处理好的纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，热等静压处理工艺为温度572℃，压力50MPa，保温5小时进行处理，即可获得高致密的2.5D结构Al2O3纤维增强铝基复合材料。
实施例5
一种M40J纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，制备步骤如下：
A、先进行编织三维正交结构的M40J纤维预制体；
B、对编织好的三维正交结构的M40J纤维预制体进行铜和镁元素的真空蒸镀镀膜，镀膜厚度4μm；
C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，经机械加工成型后，在500℃温度下进行烘烤30min，待冷却至室温后用丙酮清洗干净；
D、将纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用不锈钢板材和不锈钢管材将内嵌固定有三维正交的M40J纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口，浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；
E、将已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态ZL301铝合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；
F、进行纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度100Pa后，停止抽真空；再充入纯度大于99.99%的高纯氩气，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力80KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具在80KPa、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；
G、当已焊接封装好的内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到420℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度100Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的浸渗升液管浸入下室的液态ZL301铝合金中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到7MPa，完成对三维正交的M40J纤维预制体的液态铝合金的真空压力充型；继续保压，保压时间为25min，保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致；
H、待纤维增强铝基复合材料冷却至室温后，通过上盖升降与旋转机构打开浸渗设备的上盖，取出浸渗石墨模具，进行脱模和表面加工处理；
I、将表面处理好的纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，热等静压处理工艺为温度448℃，压力120MPa，保温3小时进行处理，即可获得高致密的三维正交M40J纤维增强铝基复合材料。
实施例6
一种三维五向SiC纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，制备步骤如下：
A、先进行编织三维五向结构的SiC纤维预制体；
B、对编织好的三维五向结构的SiC纤维预制体进行银和镁元素的真空蒸镀镀膜，镀膜厚度5μm；
C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，经机械加工成型后，在500℃温度下进行烘烤50min，待冷却至室温后用丙酮清洗干净；
D、将纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用不锈钢板材和不锈钢管材将内嵌固定有三维五向SiC纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口，浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；
E、将已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态ZL401铝合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；
F、进行纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度100Pa后，停止抽真空；再充入纯度大于99.99%的高纯氩气，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力40KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具在90KPa、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；
G、当已焊接封装好的内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到400℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度100Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的浸渗升液管浸入下室的液态ZL401铝合金中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到12MPa，完成对三维五向SiC纤维预制体的液态铝合金的真空压力充型；继续保压，保压时间为30min，保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致；
H、待纤维增强铝基复合材料冷却至室温后，通过上盖升降与旋转机构打开浸渗设备的上盖，取出浸渗石墨模具，进行脱模和表面加工处理；
I、将表面抛光处理的纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，热等静压处理工艺为温度540℃，压力70MPa，保温8小时进行处理，即可获得高致密的三维五向SiC纤维增强铝基复合材料。

Claims (6)

1.一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，其特征在于：制备步骤如下：
A、先进行纤维预制体的编织成型；
B、对编织好的纤维预制体进行一种或两种金属元素的物理气相沉积镀膜，镀膜厚度0.3μm-5μm；
C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，经机械加工成型后，在200℃-800℃温度下进行烘烤10-60min，待冷却至室温后用丙酮或乙醇清洗干净；
D、将纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用金属板材和金属管材将内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口，浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；
E、将已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态铝合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；
F、进行纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度小于200Pa后，停止抽真空；再充入纯度大于99.99%的高纯氩气，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力小于100KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有纤维预制体的浸渗石墨模具在负压、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；
G、当已焊接封装好的内嵌固定有纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到300-450℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度小于200Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的浸渗升液管浸入下室的液态铝合金中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到1-12MPa，完成对纤维预制体的液态铝合金的真空压力充型；继续保压，保压时间为1-60min，保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致；
H、待浸渗好的纤维增强铝基复合材料冷却至室温后，通过上盖升降与旋转机构打开浸渗设备的上盖，取出浸渗石墨模具，进行脱模和表面加工处理；
I、将表面处理好的纤维增强铝基复合材料进行热等静压处理，进一步消除该复合材料中存在的微孔和疏松缺陷，即获得高致密的纤维增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，其特征在于：步骤A中，纤维为细丝碳纤维、细丝氧化铝纤维或细丝碳化硅纤维中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，其特征在于：步骤B中，物理气相沉积镀膜方法为真空蒸镀、溅射镀膜或等离子体镀膜中的一种，金属元素为镁、铜、钛、银元素中的一种或者任意两种的金属，镀膜厚度为0.3μm-5μm。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，其特征在于：步骤C中，石墨材料为石墨的含碳量>99.9%的高纯石墨。
5.根据权利要求1所述的一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，其特征在于：步骤D中，金属板材和金属管材为不锈钢板材、管材，或碳钢板材或管材中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法，其特征在于：步骤I中，纤维增强铝基复合材料的热等静压处理工艺为低于基体铝合金固相线温度3-5℃，压力50-150MPa，保温2-10小时进行处理。
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111331139A (zh) * 2020-02-19 2020-06-26 哈尔滨工业大学 一种高通量制备不同复合压力下金属基复合材料的方法
CN111351357A (zh) * 2020-02-19 2020-06-30 哈尔滨工业大学 一种金属基复合材料的高通量制备装置和方法
CN111349806A (zh) * 2020-02-19 2020-06-30 哈尔滨工业大学 快速分析三元液态合金基体与增强体润湿-反应行为的高通量装置和制备分析方法
RU2725522C1 (ru) * 2019-12-28 2020-07-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Способ получения углеграфитового композиционного материала
CN111560572A (zh) * 2020-06-15 2020-08-21 南昌航空大学 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
CN111636040A (zh) * 2020-06-15 2020-09-08 南昌航空大学 一种结构可控的3d增强铝基复合材料及其制备方法
CN112453834A (zh) * 2020-11-19 2021-03-09 中国航空制造技术研究院 复杂型面钛合金零件结构的制备方法
CN112570690A (zh) * 2020-10-19 2021-03-30 广州城建职业学院 一种三维网状碳化硅陶瓷增强铝基复合材料制备方法
CN112941426A (zh) * 2021-01-13 2021-06-11 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法
CN113355610A (zh) * 2020-12-30 2021-09-07 中北大学 一种金属丝增强铝基复合材料及其制备方法
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
CN114921734A (zh) * 2022-05-12 2022-08-19 厦门大学 一种连续陶瓷纤维增强铝基复合材料的制备方法
CN114959517A (zh) * 2022-05-30 2022-08-30 中南大学 铝基复合材料的制备方法及铝基复合材料
CN115156837A (zh) * 2022-07-29 2022-10-11 中国航发沈阳发动机研究所 一种铝合金铸件表面连通缺陷的热等静压修复方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003885A (zh) * 2007-01-19 2007-07-25 哈尔滨工业大学 一种纤维增强金属间化合物复合构件及其制备方法
CN101629272A (zh) * 2009-08-12 2010-01-20 江苏大学 一种制备连续纤维局部增强铝合金零件的方法
US20120175047A1 (en) * 2011-01-10 2012-07-12 Snecma Method for manufacturing a one-piece annular metal part having a reinforcing insert of composite material
CN103882349A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 北京有色金属研究总院 一种纳米碳纤维-铜复合材料的制备方法
CN109468549A (zh) * 2018-12-10 2019-03-15 南昌航空大学 一种3d编织纤维增强金属基复合材料的近净成形方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003885A (zh) * 2007-01-19 2007-07-25 哈尔滨工业大学 一种纤维增强金属间化合物复合构件及其制备方法
CN101629272A (zh) * 2009-08-12 2010-01-20 江苏大学 一种制备连续纤维局部增强铝合金零件的方法
US20120175047A1 (en) * 2011-01-10 2012-07-12 Snecma Method for manufacturing a one-piece annular metal part having a reinforcing insert of composite material
CN103882349A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 北京有色金属研究总院 一种纳米碳纤维-铜复合材料的制备方法
CN109468549A (zh) * 2018-12-10 2019-03-15 南昌航空大学 一种3d编织纤维增强金属基复合材料的近净成形方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725522C1 (ru) * 2019-12-28 2020-07-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Способ получения углеграфитового композиционного материала
CN111331139A (zh) * 2020-02-19 2020-06-26 哈尔滨工业大学 一种高通量制备不同复合压力下金属基复合材料的方法
CN111351357A (zh) * 2020-02-19 2020-06-30 哈尔滨工业大学 一种金属基复合材料的高通量制备装置和方法
CN111349806A (zh) * 2020-02-19 2020-06-30 哈尔滨工业大学 快速分析三元液态合金基体与增强体润湿-反应行为的高通量装置和制备分析方法
CN111349806B (zh) * 2020-02-19 2021-02-09 哈尔滨工业大学 快速分析三元液态合金基体与增强体润湿-反应行为的高通量装置和制备分析方法
CN111560572A (zh) * 2020-06-15 2020-08-21 南昌航空大学 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
CN111636040A (zh) * 2020-06-15 2020-09-08 南昌航空大学 一种结构可控的3d增强铝基复合材料及其制备方法
CN112570690A (zh) * 2020-10-19 2021-03-30 广州城建职业学院 一种三维网状碳化硅陶瓷增强铝基复合材料制备方法
CN112453834A (zh) * 2020-11-19 2021-03-09 中国航空制造技术研究院 复杂型面钛合金零件结构的制备方法
CN113355610A (zh) * 2020-12-30 2021-09-07 中北大学 一种金属丝增强铝基复合材料及其制备方法
CN112941426A (zh) * 2021-01-13 2021-06-11 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法
CN112941426B (zh) * 2021-01-13 2022-06-07 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法
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
CN114921734A (zh) * 2022-05-12 2022-08-19 厦门大学 一种连续陶瓷纤维增强铝基复合材料的制备方法
CN114959517A (zh) * 2022-05-30 2022-08-30 中南大学 铝基复合材料的制备方法及铝基复合材料
CN115156837A (zh) * 2022-07-29 2022-10-11 中国航发沈阳发动机研究所 一种铝合金铸件表面连通缺陷的热等静压修复方法

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