[发明专利]一种3D编织纤维增强金属基复合材料的近净成形方法

摘要

本发明公开了一种3D编织纤维增强金属基复合材料的近净成形方法，属于先进复合材料技术领域。其特征是该方法采用了基于液态粘结剂来辅助精确控制3D编织纤维预制体结构形状和尺寸的真空气压浸渗制备技术。纤维预制体的3D编织过程中采用液态粘结剂准确固定定型3D编织纤维预制体，再通过内嵌纤维预制体的浸渗石墨模具来精确控制3D编织纤维增强金属基复合材料的尺寸精度，防止浸渗过程中的3D编织纤维预制体的变形和局部纤维偏聚。本发明制备的3D编织纤维增强金属基复合材料具有高的尺寸精度和优异的力学性能，实现了3D编织纤维增强金属基复合材料的近净成形，可批量工业化生产，在航空航天及国防军事等领域中具有广泛的应用前景。

主权项

1.一种3D编织纤维增强金属基复合材料的近净成形方法，其特征在于：制备步骤如下：A、先制备用于编织纤维预制体的定型模具，主要是保证在纤维3D编织过程中纤维预制体的形状和尺寸精度；B、在制备好定型模具的基础上，再进行纤维预制体的纤维3D编织，待纤维3D编织完成后，用液态粘结剂来固定定型3D编织纤维预制体；待液态粘结剂自然干燥或加热固化后，拆卸用于纤维3D编织的定型模具，即得到已定型的3D编织纤维预制体；C、浸渗石墨模具采用高纯石墨材料，石墨的含碳量>99.9%，经机械加工成型后，在200℃‑800℃温度下进行烘烤10‑60min，待冷却至室温后用丙酮或乙醇清洗干净；D、将已定型的3D编织纤维预制体内嵌固定在浸渗石墨模具内，并用金属板材和金属管材将内嵌固定有3D编织纤维预制体的浸渗石墨模具进行焊接封装，仅在浸渗升液管的顶部留有开口；浸渗石墨模具焊接封装后进行气密性检测；E、将已焊接封装好的内嵌有3D编织纤维预制体的浸渗石墨模具装配固定在浸渗设备的上室，其中浸渗升液管的开口朝下，并将已熔炼好的液态合金放置在浸渗设备的下室的坩埚平台上，后用上盖压紧密封圈来密封浸渗设备；F、进行3D编织纤维增强金属基复合材料的浸渗成形：先开始对浸渗设备的上室、下室一起抽真空，待真空度小于200Pa后，停止抽真空；再充入高纯氩气，氩气的含量>99.99%，至浸渗设备的上室、下室内高纯氩气的气体压力小于100KPa，停止充气；已焊接封装好的内嵌有3D编织纤维预制体的浸渗石墨模具在负压、高纯氩气保护气氛下进行快速预热；G、当已焊接封装好的内嵌固定有3D编织纤维预制体的浸渗石墨模具的预热温度达到200‑1200℃时，再次开始对浸渗设备的上室、下室抽真空，待真空度小于200Pa，停止抽真空；此时浸渗设备的下室中的坩埚平台上升，浸渗石墨模具的升液管浸入下室的液态金属中；迅速充入氩气或氮气，施加压力至浸渗设备的上室、下室内达到1‑12MPa，完成对3D编织纤维预制体的液态金属的真空气压充型；继续保压，保压时间为1‑120min,保压完成后进行泄压，直至与外界大气压的压力一致，即浸渗成形了3D编织纤维增强金属基复合材料；H、待3D编织纤维增强金属基复合材料冷却至室温后，打开浸渗设备的上盖，取出浸渗模具，进行脱模，即获得近净成形的3D编织纤维增强金属基复合材料。