[发明专利]一种含Al/Cu双涂层的SiC连续纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含Al/Cu双涂层的SiC连续纤维及其制备方法和应用，其由SiC连续纤维及其表面的铝铜复合双涂层构成；所述铝铜复合双涂层由铝底层和铜表层构成，其制备方法是将SiC连续纤维置于空气环境中热处理后，在其表面通过磁控溅射方法依次沉积铝底层和铜表层，即得含有致密、均匀铝铜复合涂层的SiC连续纤维，将其应用于制备SiC连续纤维增强Al基复合材料，能有效改善SiC连续纤维与金属基体材料之间界面稳定性能及液态铝基体对SiC连续纤维的浸润性，可以获得组织致密，力学性能较好的SiC连续纤维增强铝基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种表面改性SiC连续纤维材料，具体涉及一种含Al/Cu双涂层的SiC连续纤维，以及通过磁控溅射方法在SiC连续纤维材料制备Al/Cu双涂层的方法，和含Al/Cu双涂层的SiC连续纤维在增强Al基复合材料中的应用，属于铝基复合材料制备技术领域。

背景技术

连续纤维增强铝基复合材料由于具有高的比强度、比刚度、优良的抗疲劳性、耐高温性和尺寸稳定性等性能，在航空航天、汽车、兵器、电子等领域具有巨大的应用潜力。目前应用的增强纤维主要有碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等。其中，硼纤维具有弹性模量高、与铝基体之间的润湿性较好且反应性较低等特点，但硼纤维因其直径较大(大于100μm)无法进行编织同时制造成本高昂从而限制了其应用。碳纤维具有较高的比强度和比模量，在树脂基复合材料中已获得广泛应用，但由于碳纤维与液态铝的浸润性差，高温下又容易发生化学反应，严重制约了复合材料的力学性能。氧化铝纤维与铝基体之间虽具有良好的化学相容性，但由于连续纤维获得困难，多是以短纤维形式应用于铝基复合材料中。与碳纤维以及其它氧化物无机纤维相比，SiC纤维不仅同样具有良好的机械性能，而且还同时兼具耐高温、抗高温氧化、抗蠕变、耐腐蚀，以及优异的隐身特性，更重要的是它与金属基体如铝合金在较高温度下具有良好的相容性，可以实现结构-防热、隐身等多功能于一身，是高性能铝基复合材料的一种较为理想的增强体。

对于SiC连续纤维增强铝基复合材料，熔融状态下铝合金对SiC纤维基体的良好润湿是实现两者之间良好界面结合进而获得具有优异性能复合材料的前提。目前，选择合适的涂层方法和涂层材料对连续纤维进行涂层处理是改善纤维与基体之间界面结合的重要技术途径。

对现有技术进行的检索发现：对连续碳化硅纤维的涂层方法主要是采用液相法，如申请号为201510555084.X，201510555078.4以及201510555077.X的专利等，采用液相法在碳化硅纤维上制备氧化物涂层，提高碳化硅纤维的耐高温性和抗氧化性。然而，采用液相法制备的涂层结构通常不够致密，缺陷较多，涂层与纤维的结合相对较差，同时纤维涂层后通常会伴随较大程度的强度损失。相比较而言，磁控溅射法作为一种新型涂层技术，由于通常是在高真空的工作环境下，用于纤维涂层时，具有涂层纯度高，纤维强度损失小，同时可选择涂层材料种类多，涂层与基体结合好等优点。如申请号为201110003731.8，200810011416.8以及200810010286.6的专利等，在粗丝SiC纤维(直径通常大于100μm)表面制备致密均匀的涂层阻止碳化硅纤维与钛基体间的界面反应程度，制备出强度较高且SiC纤维与钛合金基体界面性能稳定的复合材料。但目前还未发现有采用磁控溅射技术在细丝SiC连续纤维(直径10～15μm)上进行涂层的相关报道。

另外，目前有关SiC陶瓷相(颗粒、纤维、晶须)增强Al基复合材料的研究多集中在SiC颗粒增强的复合材料，如：申请号为CN201610877356.2、CN201410770758.3以及CN201610821138.7的专利等。

申请号为CN200710012877.2的专利涉及一种制备SiC纤维增强铝基复合材料的近熔态扩散工艺，其工艺可改善SiC纤维/铝基复合材料的界面状态，并提高复合材料的力学性能，但其所用SiC纤维为含W芯粗直径SiC纤维，因其直径大于100μm，无法进行编织，只能进行单向增强，致使增强效果有限。