[发明专利]制备三氧化二铝短纤维预制体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备三氧化二铝短纤维预制体的装置。还涉及利用该装置制备三氧化二铝短纤维预制体的装置制备三氧化二铝短纤维预制体的方法。

背景技术

金属基复合材料因具有较高比强度、比刚度、比模量以及良好的电磁屏蔽性能和较好的耐高温性、吸振性以及可设计性，在航空航天、武器装备及汽车电子等领域具有越来越大的应用潜力。采用真空气压浸渗法制备短纤维增强金属基复合材料时要求液态基体合金在0.1～1MPa压力下渗入预制体骨架孔隙内，如此要求预制体应具有一定的高温强度。此外，纤维长径比、体积分数和分布均匀性及制备工艺等因素均会影响预制体的性能。因此，制备高性能预制体是获得高性能复合材料的基础与关键。

短纤维预制体制备主要面临以下几个问题：一是短纤维的局部团聚；二是预制体湿法制备时由于回弹问题导致的体积分数不稳定；三是预制体制备周期太长、难以实现批量化生产等问题。

文献“专利公开号是CN101575687A的中国发明专利”公开了一种Al₂O₃短纤维增强复合材料预制件的制备方法”，该方法成功制得轮廓尺寸可控的预制体。其工艺步骤为将经过处理的Al₂O₃纤维与硅溶胶按比例混合成均匀纤维桨料后倒入模具，合模加压、烘干后即得到预制体成型件。该工艺可使Al₂O₃纤维分散均匀，但是存在以下问题：一是预制体保压时间太短仅为15～20s，易导致预制体取出后开裂、分层等缺陷；二是预制体在150～200℃烘箱中烘干易发生粘结剂偏聚、预制体分层开裂或者烘干过程不均匀导致强度分布不均匀的问题。此外文献显示硅溶胶的转化温度在800℃左右，因此该温度下硅溶胶转变不完全，起不到应有的粘结效果，粘结剂转化不完全残留在预制体内，对复合材料的综合性能产生不利影响。最重要的是浸渗过程中，硅溶胶作为粘结剂与合金中的Al、Mg等发生副反应生成脆性MgO晶体及Si-Mg相的量足够多时会对复合材料的综合性能产生不利影响；三是Al₂O₃纤维及预制体干燥时间长达30～40h，预制体制造周期过长，同时焙烧时间过长易导致预制体开裂、甚至纤维脱落现象，还会导致粘结剂向预制体四周偏聚，使得烧结后的预制体中心强度偏低。

发明内容

为了克服现有制备三氧化二铝短纤维预制体方法制备周期长的不足，本发明提供一种制备三氧化二铝短纤维预制体的装置。该装置的压盖设有压盖气孔，通过快速接头实现多孔模具与通气装置的连接。所述底盖是双层结构，上层均匀分布若干微孔，下层设置有底盖气孔，通过快速接头与真空泵相连。所述压头上分布有若干压头微孔。所述挤压筒与压盖、底盖螺纹连接，竖压杆上端与横压杆固连，竖压杆下端螺纹穿过压盖后通过轴承与压头连接。本发明通过抽真空方式去除多余添加剂及水分方法可有效抑制预制体的开裂，实现预制体快速制取过程，可以提高制备效率，缩短制备周期。

本发明还提供利用上述制备三氧化二铝短纤维预制体的装置制备三氧化二铝短纤维预制体的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种制备三氧化二铝短纤维预制体的装置，其特点是包括横压杆1、压盖3、竖压杆4、挤压筒5、轴承6、压头7和底盖9。所述压盖3设有压盖气孔2，压盖气孔2是螺纹孔，通过快速接头实现多孔模具与通气装置的连接。所述底盖9是双层结构，上层均匀分布若干微孔，下层设置有底盖气孔10，底盖气孔10是螺纹孔，通过快速接头与真空泵相连。所述压头7上分布有若干压头微孔8。所述挤压筒5与压盖3、底盖9螺纹连接，竖压杆4上端与横压杆1固连，竖压杆4下端螺纹穿过压盖3后通过轴承与压头7连接。

一种利用上述制备三氧化二铝短纤维预制体的装置制备三氧化二铝短纤维预制体的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将连续多晶Al₂O₃纤维剪成长度是1～10mm的非连续Al₂O₃短纤维，采用机械搅拌装置将非连续Al₂O₃短纤维在室温水中低速搅拌10～15min，使用过滤筛选装置将纤维过滤并捞出，以去除其中的渣球。