[发明专利]连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材、制备方法以及复合材料

说明书

本发明提供一种连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材、制备方法以及复合材料，所述连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材以金属粉末为基底，并在基底中加入连续SiC纤维丝，形成连续SiC纤维增强的金属基纤维丝材，其中，金属粉末通过粘结剂包裹于连续SiC纤维丝的表面，其中连续SiC纤维丝与金属基纤维丝材的质量百分为为25％‑28％。本发明将金属粉末与粘结剂混合，并且金属包裹连续碳化硅纤维的表面，降低熔融温度，其中金属粉末作为保护屏障，不仅避免了连续纤维的碳化，而且提高了复合材料的使用温度，提高复合材料的强度和韧性。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言涉及一种连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材、制备方法、连续碳化硅纤维增强金属基复合材料以及增材制造方法。

背景技术

连续碳化硅(SiC)纤维是一种多晶陶瓷纤维，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、防老化和力学性能优良等特性。由于其出色的性能被称为21世纪航空航天及高技术领域应用的新材料，并广泛应用于增强聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料。

传统制造纤维合金复合材料过程中，是将熔融的金属浇注在短纤维上，熔融金属冷却之后形成纤维合金复合材料。在这一过程中，不仅耗费能源、容易使纤维碳化，而且所形成的复合材料使用性能不佳。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材以及制备方法，将金属粉末与粘结剂混合，并且金属包裹连续碳化硅纤维的表面，降低熔融温度，其中金属粉末作为保护屏障，不仅避免了连续纤维的碳化，而且提高了复合材料的使用温度。在整体上形成以金属粉末为基体，并在基体中加入连续SiC纤维的连续SiC纤维金属基纤维材料。

本发明还提出一种使用增材制造的方式来制备连续纤维金属复合材料的方法，以及尤其制备得到的连续SiC纤维增强金属基复合材料。

根据本发明目的第一方面提出一种连续SiC纤维增强金属基纤维丝材，所述连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材以金属粉末为基底，并在基底中加入连续SiC纤维丝，形成连续SiC纤维增强的金属基纤维丝材，其中，金属粉末通过粘结剂包裹于连续SiC纤维丝的表面，其中连续SiC纤维丝与金属基纤维丝材的质量百分为为25％-28％。

优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PDVF)。

根据本发明目的的第二方面还提出一种连续SiC纤维增强金属基纤维丝材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、在惰性气体的保护环境中，装载金属粉末和粘结剂的混合物，加热使粘结剂熔融，通过温度调控将温度控制在预定温度范围内，形成粘结剂溶液和金属粉末的熔融态混合物；

步骤2、将连续SiC纤维丝通过送丝机构传送到装有粘结剂和金属粉末的熔融态混合物的熔池中，进行铺覆：在粘结剂的作用下，连续SiC纤维丝在运动过程中在其表面粘附一层粘结剂和金属粉末的熔融态混合物，即在连续SiC纤维丝表面形成粘结剂和金属粉末的粘附层；

步骤3、将带有粘结剂和金属的粘附层的连续SiC纤维丝通过送丝机构传送到熔池外，使用冷却装置进行冷却，形成连续SiC纤维金属结合物。

优选地，前述的加热过程控制的年度温度在190℃-300℃。

其中，在可选的实施例中所述方法还包括以下步骤：

将附着粘结剂和金属粉末的连续SiC纤维丝经过滚筒缠绕，形成连续纤维卷。

优选地，所述的粘附层为1层。

优选地，其中的熔融态混合物中，金属粉末为钛合金粉末、高熵合金粉末或者高温合金粉末中的一种，粘结剂占熔融态混合物的质量百分比为1％-5％。

根据本发明目的的第三方面还提出一种连续SiC纤维增强金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：