[发明专利]制备SiC纤维/铝基复合材料的近熔态扩散工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及材料科学，特别提供了制备SiC纤维/铝基复合材料的近熔 态扩散工艺。

背景技术：

化学气相沉积法(CVD)SiC纤维增强Al基复合材料与传统材料相比， 具有很高的比强度和比刚度，在航空航天等高技术领域中有广阔的应用前 景。目前制备这种复合材料最为成熟的方法是热模铸法(参见参考文献1： Mitt.，MA，眉山，国外导弹与航天运载器，1991；11，P65-71；参考文献2： 徐孝诚，航天出国考察技术报告，1992；2：204-215)和固态扩散法(参 见参考文献3：朱祖铭，郭延风，石南林，材料研究学报，2002；16(1)： 59-66；参考文献4朱祖铭，石南林，金属学报，1996；32(9)：998-1008；)。 热模铸法是在铝合金的液相温度区域采用低压成型。(CVD)SiC纤维具有 表面富碳涂层，这种涂层可使纤维长时间承受熔融铝的温度。根据文献报 道，石墨碳若长时间暴露在熔融铝中，会与铝产生反应生成脆性相Al₄C₃(参见参考文献5：A.Urena，J.Rams，M.D.Escalera，M.Sanchez，Compos Sci  Technol，2005；65：2025-2038；参考文献6：M.Lancin，C.Marhic，J Eur Ceram  Soc，2000；20：1493-1503)，大量的Al₄C₃会破坏纤维表面连续性，增加界面 出现裂纹源的几率，同时高温条件下界面反应难以控制，纤维表面损伤严 重等问题都会使复合材料性能降低。固态扩散法是在较低的液相线温度下 施加压力，进行纤维和铝基体的扩散结合，形成复合材料体系。由于Al在 空气中极易与氧气反应生成一层致密的氧化膜。而且O在Al中的溶解度很 低，这层状氧化膜在真空热压条件下难以完全消除，而是以碎片的形式保 留下来，阻碍了基体之间的扩散结合。同时由于需要进行2个小时长时间 的扩散结合过程，过度的界面反应同样难以控制。

总之，制备SiC_f/5A02铝合金基复合材料的固态热压法和热模铸法所产 生的界面有害反应难以控制，导致材料的性能受到很大限制。

因此，人们期望获得一种能解决以上技术难题的制备SiC纤维/铝基复 合材料的新工艺。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能够较好的控制界面有害反应的制备SiC纤 维/铝基复合材料的近熔态扩散工艺。本发明以CVD法SiC纤维为增强体， 使用近熔态扩散新工艺制备了铝基复合材料。结果证明本发明具有明显优 于现有技术的更好的技术效果。

本发明制备SiC纤维/铝基复合材料的近熔态扩散工艺，其特征在于： 针对热模铸法和固态扩散法存在问题，并采取两种工艺的优点，提出了近 熔态扩散法新工艺制备CVD法SiC纤维/铝基复合材料；所述制备SiC纤维 /铝基复合材料的近熔态扩散工艺的具体过程如下：

先将SiC纤维和铝合金预制体在固态条件下加压，使SiC纤维和铝基 体充分接触；具体工艺参数范围是：500～620℃，10～60分钟，10～50MPa；

再将复合材料在Al合金的固-液线之间保温，使基体处于半熔融状态， 从而破坏了氧化膜的连续结构，也增加了铝基体的流动性；这给纤维和铝 基体的扩散结合创造了良好条件(参见参考文献7：牛济泰，王慕珍，材料 研究学报，2000；14(3)：244-248)；将复合材料在Al合金的固-液线之 间保温，使基体处于半熔融状态，具体工艺参数范围优选是：580～650℃， 2～60分钟，0～10MPa；

在优选内容中，为了消除反应产生的孔洞等缺陷，最后再次真空热压。 最后的真空热压过程对应的工艺参数范围是：500～620℃，10～60分钟， 10～50MPa。

优选内容中，本发明所述制备SiC纤维/铝基复合材料的近熔态扩散工 艺共需进行以下三个步骤，在各个步骤中的具体工艺参数为：

首先在固态条件下加压，使纤维和铝基体充分接触的具体工艺参数是： 550℃，20分钟，15MPa；然后再将复合材料在Al合金的固-液线之间保温， 使基体处于半熔融状态的具体工艺参数是：630℃，20分钟，0MPa；最后再 次真空热压以消除反应产生的缺陷；具体工艺参数是：550℃，20分钟， 15MPa。