[发明专利]一种无机预制件的成型方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别涉及一种无机预制件的成型方法。

背景技术

清华东莞创新中心引进西班牙纽卡公司的规模化制备单晶蓝宝石纤维的技术，成立单晶蓝宝石纤维及其增强复合材料创新团队，并在此基础上开展该纤维在陶瓷基、金属基和高分子基复合材料中的应用研究。在纤维增强的金属基复合材料中的应用时，除了粉末冶金的办法外，通常需要用纤维做成预制件，然后在高温下，通过一定的压力或者真空状态下，将熔融的液态金属渗透到预制件里面，形成带纤维骨架的金属构件，从而提高金属构件的比强度、耐磨性等。

关于晶须或无机短纤维在金属复合材料中的应用方法，在美国专利US5,458,181，US5,335,712，US5,153,057，US5,108,964和US4,500,504中叙述的均为将碳化硅晶须与石蜡或其他热塑性有机聚合物，在熔融状态下形成浆料，模塑成型，然后利用高温脱脂去蜡，然后烧结成多空的陶瓷纤维预制件，再在高温下渗入液态金属。此种方法的预制件制备，需要晶须的体积范围在10-50%。并且在熔融状态的石蜡或其他热塑性有机聚合物的模塑冷却过程和高温脱脂去蜡过程中中，由于纤维的比重较大，容易形成分层和梯度分布。

US4,463,058叙述的方法为碳化硅晶须形成浆料后加入铝粉，模塑成型后烧结，最终可以达到含晶须50%（体积百分比）的复合材料。此种粉末冶金的制备方法，在纤维含量较高时形成内部的架桥，无法将最终金属复合材料烧结致密，从而影响到材料的机械性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种无机预制件的成型方法，可以在较为环保的方式下，制备在三维空间中纤维分布比较均匀、各种取向分布均匀的预制件。

为实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种无机预制件的成型方法，步骤包括：a、浆料的制备，将无机纤维加入分散剂中，超声波处理以使其分散均匀，形成浆料；b、将海绵浸泡在步骤a制备的浆料中；c、将浸泡了含纤维的浆料的海绵烘干；d、含纤维的海绵排胶，脱除海绵的有机物；e、将排胶后的预制件烧结成型。

所述无机纤维为单晶蓝宝石纤维、多晶氧化铝纤维、碳化硅、氮化硅纤维及他无机氧化物任一种。

所述单晶蓝宝石纤维直径范围为0. 1-10微米，长度范围是5-500微米。

所述分散剂为硅胶，用于制备浆料的硅胶浓度范围为5-15%。

步骤a浆料的制备中，无机纤维的重量百分比为10-25%。

海绵在浆料中浸泡的次数为4-8次，每次浸泡前必须烘干以去除水分。

步骤d含纤维海绵排胶的环境是将含纤维的海绵置于800-1200℃，氧化气氛的窑炉中排胶1-3小时，优选置于1000℃排胶1-3小时。

排胶后的预制件烧结成型的温度为1200℃至1800℃；优选温度为1400℃至1650℃。

有益效果：

1）本发明将单晶蓝宝石纤维分散在硅胶中，然后被吸入海绵的空隙，制备的无机预制件在三维空间中纤维分布比较均匀、各种取向分布均匀。

2）本发明通过一定温度下海绵烘干、海绵排胶和烧结制成的预制件致密，机械性能好。

具体实施例

下面通过示例性的实施例具体说明本发明。应当理解，本发明的范围不应局限于实施例的范围。任何不偏离本发明主旨的变化或改变能够为本领域的技术人员所理解。本发明的保护范围由所附权利要求的范围确定。

实施例1：

将化学纯度为95%的α氧化铝纤维（纽卡公司，纤维直径0.1-10微米，长度100-500微米）逐渐加入含硅胶15%的水溶液中，边搅拌边添加，继续搅拌4小时，一直到彻底分散形成均匀的浆料；

将海绵浸泡在上述浆料中5次，每次浸泡后的海绵在沥干水分后，置于120℃的烘箱中干燥1小时；

得到的2个生坯的尺寸如下：

（A1） 119.60 ×79.40×42.30毫米，重量：89.852克

（A2） 116.40 ×83.50×42.50毫米，重量：85.464克

脱除海绵的有机聚合物是在氧化气氛的窑炉中进行的，窑炉的升温程序为：

从室温到600℃，加热速率为1℃每分钟；

从600℃至1000℃的加热速率为3℃每分钟；

从1000℃至1400℃的加热速率为5℃每分钟；

在1400℃的排胶时间为2小时。

排胶后，得到的2个熟坯的尺寸如下：

（A1）117.06 ×78.35×41.60毫米，重量：71.996克，体积收缩5.01%