CN1532301A - 粉末法制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法 - Google Patents
粉末法制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1532301A CN1532301A CNA031112013A CN03111201A CN1532301A CN 1532301 A CN1532301 A CN 1532301A CN A031112013 A CNA031112013 A CN A031112013A CN 03111201 A CN03111201 A CN 03111201A CN 1532301 A CN1532301 A CN 1532301A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- degasification
- sic fiber
- binding agent
- fiber reinforced
- 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
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 title abstract description 11
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims abstract description 22
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 31
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 27
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 7
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 claims description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000008096 xylene Substances 0.000 abstract 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 229910021362 Ti-Al intermetallic compound Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000002929 anti-fatigue Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 235000006708 antioxidants Nutrition 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及复合材料制备技术，具体地说是一种制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法。它以聚苯乙烯为粘结剂、二甲苯为溶剂，与Ti合金粉末混合后制备预制带，SiC连续纤维缠绕制成纤维布，二者经除气后升温至热压温度热压得到板状复合材料样品。本发明为低成本制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料提供了一条可行的技术路线，以价格相对低廉的合金粉末和聚苯乙烯粘结剂为原料，可在简单的设备上制备；制备过程无污染、无材料性能的副面影响；另外，它简单易行、应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术，具体地说是一种制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法。
背景技术
随着航空、航天和空间技术的发展，飞行器材料的使用环境更加苛刻和恶劣，由此产生的力、热、化学和物理效应的作用，都集中到构成飞行器和发动机的结构材料上，这对材料的轻质、高强、高韧、耐热、抗疲劳、抗氧化及抗腐蚀等特性也提出了更加苛刻的要求。目前传统的高温Ti合金的发展几乎已达到了极限，而Ti-Al金属间化合物的脆性和成开型性问题限制了其推广应用。SiC连续纤维增强钛合金基复合材料具有高比强度、高比刚度、良好的高温性能等优异的综合性能，在航空、航天以及空间领域有着广泛的应用前景，成为材料领域研究的一个重点。
目前制备SiC/Ti基复合材料的预制体主要采用三种工艺：箔-纤维-箔(FFF)、等离子喷涂(VPS)和物理气相沉积(PVD)。但是，制备工艺的高成本是上述工艺遇到的最大阻碍。FFF法以钛合金箔材(通常100μm)为基体，价格昂贵，且有些钛合金难以制备成箔材；PVD法的设备不仅昂贵，而且运行起来工作时间长、效率低，特别是基材利用率低，造成很大浪费；VPS法需要十分复杂的设备，并且价格高(至少500000英镑)，对纤维的损伤也大，容易造成纤维的浪费。这些制备工艺的高成本阻碍了SiC/Ti基复合材料的生产及推广应用。
发明内容
为了克服制备成本高的不足，本发明的目的是提供一种制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法，采用本发明能够显著降低制备SiC/Ti基复合材料的成本，同时保证它的性能，并为大块材料的制备提供了一条可行的技术路线。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：以聚苯乙烯为粘结剂、二甲苯为溶剂，与Ti合金粉末混合后制备预制带，SiC连续纤维缠绕制成纤维布，二者经除气后升温至热压温度热压得到板状复合材料样品；具体可按如下步骤进行：
1)以聚苯乙烯为粘结剂，二甲苯为溶剂，将两者以1∶0.8-2的重量比混合，并充分溶解，得溶解后的粘结剂；
2)按合金粉末和聚苯乙烯3-8∶1的重量比，将Ti合金粉末加入到溶解后的粘结剂中并充分混合，制成0.5mm～2mm厚的薄片并干燥，再分5～8道次将薄片轧成所需厚度的预制带，剪裁成所需尺寸，备用；
3)把连续SiC纤维缠绕到圆形的不锈钢筒上，再用所述溶解后的粘结剂把丝的表面涂平，固定，制成纤维布；然后剪裁，备用；
4)将所述纤维布和所述金属预制带交替叠放在模具中，并设叠放层的最上、下层(即贴近模具的上、下表面的叠放层)为金属预制带，装入热压炉中，所述溶解后的粘结剂进行热分解除气，清除粘结剂；除气结束后，再升温到热压温度并在此温度加压，保压，得到板状复合材料样品；
其中：
所述模具采用石墨或高温合金材料的模具；
金属预制带的厚度与聚苯乙烯的含量密切相关，当Ti合金粉末和聚苯乙烯粘结剂的重量比在3-8∶1时，预制带的轧制厚度可在120～250μm之间可调，以完全满足SiC/Ti合金复合材料的体积分数(一般20％～40％之间)要求；
为了使粘结剂分解完全，所述热分解除气分两阶段进行：即两个不同温度、不同时间的除气过程，第一阶段：除气温度为360～400℃，时间1.5～2.5小时；第二阶段：除气温度为480～530℃，时间为0.1～1小时；
为了防止在热压过程中粉末的流动所引起的纤维损伤，所述升温加压方法为：除气结束后，在30～60分钟以内升温至820-950℃，保温10-20分钟，加压5～10Mpa，保压10～30分钟；然后再加压至15～25Mpa，保压10～30分钟；再加压至40～50Mpa，保压30～60分钟。
与现有技术相比，本发明更具有以下优点：
1.为低成本制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料提供了一条可行的技术路线。由于本发明以价格相对低廉的合金粉末(价格仅为相同成分合金箔材的1/10)和聚苯乙烯粘结剂为原料，在简单的设备上即可制备出具有均匀厚度的金属预制带，而且厚度可根据所需要的体积分数自行调整；各种成分的合金均可以粉末形式得到，不会对基体材料有限制。
2.制备过程无污染、无材料性能的副面影响。由于本发明在制备过程中聚苯乙烯粘结剂的分解分两个阶段进行，不仅可将粘结剂完全除掉，没有残余物，而且不会对样品造成污染，对材料性能没有影响；另外，本发明升温加压的处理方法适当，避免了在热压过程中粉末的流动所引起的纤维损伤和对纤维的浪费。
3.简单易行、应用范围广。本发明操作方法简单，适用于制备SiC连续纤维增强纯Ti、Ti合金、Ti-Al金属间化合物基复合材料。
附图说明
图1为本发明实施例1的聚苯乙烯的热失重曲线。
图2为本发明实施例1的样品横截面图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详述本发明。
实施例1
采用J801-7A/ZF绕线机组和ZRY45B真空热压炉，实验的工艺过程如下：
1)以聚苯乙烯为粘结剂，二甲苯为溶剂，将聚苯乙烯与二甲苯以1∶1的重量比混合并充分溶解，得到溶解的粘结剂；
2)取Ti粉末，按Ti∶聚苯乙烯＝6∶1的重量比加入到溶解后的粘结剂中并充分混合，制成1mm厚的薄片并干燥，再使用手摇小型轧机分7道次将薄片轧成厚度为200μm的预制带，根据模具尺寸将制成的预制带进行剪裁，备用；
3)用绕线机组把连续SiC纤维缠绕到圆形的不锈钢筒上，纤维间距为200μm，再用聚苯乙烯和二甲苯以1∶1重量比例配置的粘结剂把丝的表面涂平，固定，制成纤维布；然后剪裁，以备热压复合；
4)将所述纤维布和所述金属预制带交替叠放在石墨模具中，并设金属预制带于其叠放层的最上层、最下层，即在贴近石墨模具的上下表面，装入热压炉中，进行热分解除气，清除溶解后的粘结剂；聚苯乙烯的热失重分析曲线(升温速度为10℃/min，Ar保护)如图1所示；为了使粘结剂分解完全，热分解除气分两阶段进行：即两个不同温度、不同时间的除气过程，以清除粘结剂(具体是：在390℃除气2小时，再升温到500℃除气30分钟)；除气结束后，再升温到热压温度并加压(具体是：在35分钟内升温至850℃，保温15分钟，加压至10MPa，保压30分钟；随后再加压至25MPa，保压30分钟；最后再加压至40MPa，保压60分钟)得到板状复合材料样品，样品的横截面如图2所示。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
采用Ti-6Al-4V粉末为原料，将此粉末和聚苯乙烯按7∶1的重量比加入到溶解后的粘结剂中并充分混合，制成厚度为180μm的预制带，用绕线机组把连续SiC纤维缠绕到圆形的不锈钢筒上，纤维间距为200μm，再用聚苯乙烯和二甲苯以1∶1.5重量比例配置的粘结剂把丝的表面涂平，固定，制成纤维布；然后剪裁，以备热压复合；
对粘结剂的清除过程是：在400℃除气2小时，再升温到530℃除气30分钟；除气结束后，再升温到热压温度并加压(具体是：在40分钟内升温至870℃，保温15分钟，先加压至10MPa，保压20分钟；随后再加压至20MPa，保压20分钟；最后再加压至40MPa，保压50分钟)得到板状复合材料样品，结果与实施例1相同。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
采用Ti-24Al-17Nb为原料，将此粉末和聚苯乙烯按5∶1的重量比加入到溶解后的粘结剂中并充分混合，制成厚度为150μm的预制带，用绕线机组把连续SiC纤维缠绕到圆形的不锈钢筒上，纤维间距为180μm，再用聚苯乙烯和二甲苯以0.8∶1重量比例配置的粘结剂把丝的表面涂平，固定，制成纤维布；然后剪裁，以备热压复合；
对粘结剂的清除过程是：在360℃除气2.5小时，再升温到480℃除气60分钟；除气结束后，再升温到热压温度并加压(具体是：在60分钟内升温至920℃，保温15分钟，先加压至5MPa，保压20分钟；随后再加压至15MPa，保压20分钟；最后再加压至50MPa，保压60分钟)得到板状复合材料样品，结果与实施例1相同。
本实施例所述模具亦可采用高温合金材料的模具。
Claims (5)
1.一种制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法，其特征在于：以聚苯乙烯为粘结剂、二甲苯为溶剂，与Ti合金粉末混合后制备预制带，SiC连续纤维缠绕制成纤维布，二者经除气后升温至热压温度热压得到板状复合材料样品；具体可按如下步骤进行：
1)以聚苯乙烯为粘结剂，二甲苯为溶剂，将聚苯乙烯、二甲苯以1∶0.8-2的重量比混合，并充分溶解，得溶解后的粘结剂；
2)按合金粉末和聚苯乙烯3-8∶1的重量比，将Ti合金粉末加入到溶解后的粘结剂中并充分混合，制成0.5mm～2mm厚的薄片并干燥，再分5-8道次将薄片轧成所需厚度的预制带，剪裁，备用；
3)把连续SiC纤维缠绕到圆形的不锈钢筒上，再用所述溶解后的粘结剂把丝的表面涂平，固定，制成纤维布；然后剪裁，备用；
4)将所述纤维布和所述金属预制带交替叠放在模具中，并设叠放层的最上、下层为金属预制带，装入热压炉中，进行热分解除气，清除溶解后的粘结剂；除气结束后，再升温到热压温度并在此温度加压，保压，得到板状复合材料样品。
2.按照权利要求1所述制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法，其特征在于：其中预制带的轧制厚度可在120-250μm之间可调，以完全满足SiC/Ti合金复合材料的体积分数要求。
3.按照权利要求1所述制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法，其特征在于：所述热分解除气分两阶段进行，第一阶段：除气温度为360～400℃，时间1.5～2.5小时；第二阶段：除气温度为480～530℃，时间为0.1～1小时。
4.按照权利要求1所述制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法，其特征在于：所述升温加压方法为：除气结束后，在30～60分钟以内升温至820～950℃，保温10～20分钟，加压5～10Mpa，保压10～30分钟；然后再加压至15～25Mpa，保压10～30分钟；再加压至40～50Mpa，保压30～60分钟。
5.按照权利要求1所述制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法，其特征在于：模具采用石墨或高温合金材料的模具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 03111201 CN1216175C (zh) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 03111201 CN1216175C (zh) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1532301A true CN1532301A (zh) | 2004-09-29 |
| CN1216175C CN1216175C (zh) | 2005-08-24 |
Family
ID=34283414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 03111201 Expired - Fee Related CN1216175C (zh) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1216175C (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102277544A (zh) * | 2011-08-22 | 2011-12-14 | 中国科学院金属研究所 | 一种强度可设计可焊接的SiCf/Ti基复合材料0/90°层合薄板及其制备方法 |
| CN103710648A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-04-09 | 张霞 | 一种长碳纤维增强钛合金复合材料 |
| CN104073750A (zh) * | 2014-04-11 | 2014-10-01 | 上海交通大学 | TiC短纤维增强钛基复合材料及其制备方法 |
| CN109811279A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-05-28 | 北京科技大学 | 一种纤维增强金属基高温复合材料及其制备方法 |
| CN111575611A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-08-25 | 南京尚吉增材制造研究院有限公司 | SiC纤维-WC-Ni硬质合金复合材料及其制备方法 |
-
2003
- 2003-03-19 CN CN 03111201 patent/CN1216175C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102277544A (zh) * | 2011-08-22 | 2011-12-14 | 中国科学院金属研究所 | 一种强度可设计可焊接的SiCf/Ti基复合材料0/90°层合薄板及其制备方法 |
| CN102277544B (zh) * | 2011-08-22 | 2012-12-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种强度可设计可焊接的SiCf/Ti基复合材料0/90°层合薄板及其制备方法 |
| CN103710648A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-04-09 | 张霞 | 一种长碳纤维增强钛合金复合材料 |
| CN103710648B (zh) * | 2014-01-16 | 2015-07-29 | 徐茂航 | 一种长碳纤维增强钛合金复合材料 |
| CN104073750A (zh) * | 2014-04-11 | 2014-10-01 | 上海交通大学 | TiC短纤维增强钛基复合材料及其制备方法 |
| CN104073750B (zh) * | 2014-04-11 | 2016-02-10 | 上海交通大学 | TiC短纤维增强钛基复合材料及其制备方法 |
| CN109811279A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-05-28 | 北京科技大学 | 一种纤维增强金属基高温复合材料及其制备方法 |
| CN111575611A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-08-25 | 南京尚吉增材制造研究院有限公司 | SiC纤维-WC-Ni硬质合金复合材料及其制备方法 |
| CN111575611B (zh) * | 2020-06-19 | 2021-11-05 | 南京尚吉增材制造研究院有限公司 | SiC纤维-WC-Ni硬质合金复合材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1216175C (zh) | 2005-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103935103B (zh) | 一种石墨烯/金属复合板材的制备方法 | |
| GB2605890A (en) | Rolled (feconicrrn/al)-2024al composite board and preparation method therefor | |
| CN102501457A (zh) | 陶瓷-TiAl微叠层复合材料板材及其制备方法 | |
| CN102703742A (zh) | 一种基体为纳米叠层结构的金属基复合材料及其制备方法 | |
| CN109318547A (zh) | 一种max相陶瓷-金属层状复合材料、制备方法和用途 | |
| CN1908214A (zh) | 碳硅化钛基梯度材料及原位反应的制备方法 | |
| CN112981163B (zh) | 一种高表面精度高可靠性金刚石增强金属基复合材料的制备方法 | |
| CN102729575B (zh) | 一种TiAl基层状复合材料板的制备方法 | |
| CN102925825A (zh) | 一种连续纤维增强钛-钛铝混杂基体复合材料的制备方法 | |
| CN103264542A (zh) | 一种钛铝-陶瓷层状材料及其制备方法 | |
| CN1216175C (zh) | 制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料的方法 | |
| CN104057667A (zh) | 一种TiAl/Ti3SiC2复合板材及其制备方法 | |
| CN110588096A (zh) | 一种连续金属Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料及制备方法 | |
| CN101255537B (zh) | 纤维增强金属基梯度复合材料制备的方法 | |
| CN102626713A (zh) | 一种TiAl基合金板材的制备方法 | |
| CN110846538A (zh) | 一种Ti2AlC增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN1535812A (zh) | Ti-Al-Ti多层层状复合材料的制备方法 | |
| CN100535190C (zh) | 一种（FeAl＋Cr7C3）/γ-(Fe,Ni)复合涂层的制备方法 | |
| CN115679141B (zh) | 一种层状分布陶瓷增强铝复合材料的制备方法 | |
| CN103302924A (zh) | 一种层状结构的TiBW-Ti3Al复合材料板材的制备方法 | |
| CN107815625B (zh) | SiC连续纤维增强钛基复合材料的制备方法及产品 | |
| CN110340344B (zh) | 一种提高激光增材制造合金钢粉末利用率的方法 | |
| CN1519389A (zh) | 制备连续SiC纤维增强Ti合金基复合材料拉伸样品的方法 | |
| CN105220086A (zh) | 连续陶瓷纤维均布铝带材超声波固结快速制造方法 | |
| CN111575542A (zh) | 非晶增强铝合金复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |