[发明专利]一种连续纤维增强钛基复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术，涉及一种连续纤维增强钛基 复合材料制备方法。

背景技术

目前，SiC_f/Ti复合材料的制备成本高，影响材料性能的因素多，性 能具有分散性，是钛基复合材料制备所面临的主要问题，也是其发展的 一个瓶颈，钛基复合材料之所以应用范围不广泛，其中一个重要原因是 还没有开发出一种低成本、性能稳定的制备方法。箔-纤维-箔方法是一 种常用的SiC_f/Ti复合材料制备方法，这种方法具有工艺简单、对设备要 求低、效率高、可以制备大尺寸构件等优点。在NASP(National Aero-Space Plane即X-30)计划中，美国的Textron公司采用箔-纤 维-箔方法制备了单级入轨器的SiC_f/Ti复合材料耐高温面板和蒙皮。为 了实现这项研究计划，Textron公司专门建造了大型专用厂房，月生产 能力可以达到40块SiC_f/Ti蒙皮(1.2m×3.2m)，以及400条帽形加强 筋结构。

在现有的箔-纤维-箔制备方法中，纤维布制备有两种方法：

1.编织法，用不锈钢丝将纤维编织成布；

2.缠绕法，将纤维缠绕到滚筒上，刷临时粘结胶固定后取下，切割 成纤维布；

这两种方法存在以下不足：

1.复合后的材料中纤维排布不均匀严重影响了复合材料的性能；

2.纤维百分数较低，纤维百分数一般只能达到30％左右；

3.在制造局部纤维增强的结构件时，难于实现纤维的精确定位；

4.采用不锈钢丝固定纤维，引入了不锈钢丝对纤维/基体界面产生不 利的影响；

5.在复合过程中，纤维容易发生游动，相邻纤维会接触在一起或者 会导致纤维间距不均匀，从而降低复合材料的性能。

发明内容

针对现有箔-纤维-箔方法存在的不足，本发明的目的提出一种新型 的箔材刻槽法制备SiC_f/Ti复合材料，本发明的技术解决方案：

(1)在箔材表面需要增强的部位依据纤维百分数照像、化铣刻 槽；

(2)箔材表面化洗，去除表面的感光材料及其它杂质；

(3)在箔材表面的每个凹槽排布一根纤维，多根排布的纤维形 成纤维布；

(4)在纤维表面临时粘结胶带，将纤维固定在箔材的凹槽中；

(5)将排布有纤维的箔材叠层，叠层后的箔材和纤维交错排 布；

(6)在真空度为1×10^-3Pa，温度为400℃条件下，保温4h， 将纤维表面临时粘结的胶带除去；

(7)将去除了临时粘结胶带的箔材和纤维经真空封装后进行 封焊；

(8)热等静压，工艺参数为：920℃/100MPa/1h；

(9)用高压水在预制件上切取钛基复合材料面板。

本发明具有的优点和有益效果，采用新型箔材刻槽法制备钛基复合 材料具有如下进步点：

1.在复合工艺过程中，采用在表面刻槽和粘结临时粘结胶带的方 法，可以防止纤维在复合工艺过程中发生游动，从而获得纤维排布均匀 的复合材料。临时粘结剂在固定纤维布的同时，还可以很好地实现相邻 箔材和纤维布的固定和定位，防止其在制备过程中发生错动，从而制备 出性能优良的复合材料；

2.箔材的表面通过化铣的方法蚀刻出了很多凹槽，与传统的箔-纤维 -箔方法，基体金属的含量进一步降低，从而提高了纤维百分数；

3.对于制造局部纤维增强的钛基复合材料构件，可以采用选区照相 化铣的方法，在箔材的局部刻槽，很容易实现纤维布在箔材表面的铺覆 和固定；

4.不需要专用的设备进行纤维编织和纤维缠绕，工艺操作简单，成 本较低；

附图说明

图1是本发明原理示意图，其中，A是复合前，纤维放入凹槽后的 排布示意图，B是复合后的复合材料的横断面示意图；

图2是本发明实施例箔材刻槽示意图，其中，A是实施例一层箔材 刻槽示意图，B是实施例中另一层箔材刻槽示意图。

具体实施方式：

(1)在箔材2表面需要增强的部位依据纤维百分数照像、化铣 刻槽，槽间距为0.2mm；

(2)箔材2表面化洗，去除表面的感光材料及其它杂质；