專利名稱：電化學(xué)方法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝。
(2)背景技術(shù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(FR-MMC)具有良好的性能組合。它克服了高分子基復(fù)合材料耐熱性差以及在高真空下容易釋放小分子而污染器件(例如在太空環(huán)境下)等缺點(diǎn)，又克服了陶瓷基復(fù)合材料韌性差和導(dǎo)熱性不良等缺點(diǎn)。
目前，F(xiàn)R-MMC的生產(chǎn)工藝主要是基于粉末燒結(jié)法和熔體注入法，其它方法基本上都是由這兩種技術(shù)發(fā)展起來的。
FR-MMC可以利用粉末燒結(jié)法制備。增強(qiáng)體為細(xì)直徑纖維和粗直徑纖維的復(fù)合材料制備工藝略有不同。對(duì)于細(xì)直徑纖維(直徑小于25μm，例如，先驅(qū)體型的碳化硅纖維、氮化硅纖維、碳纖維、氧化物陶瓷纖維等)，一般是將纖維簇連續(xù)通過由基體金屬粉末制成的穩(wěn)定漿料，使?jié){料浸入纖維簇的內(nèi)部，然后將纖維簇卷繞到設(shè)計(jì)好的模具上，脫模后得到坯體；也可以將浸有漿料的纖維簇卷繞成片，然后層疊、裁剪成需要形狀的坯體。最后通過熱壓或者熱等靜壓方法使坯體致密化，得到FR-MMC。對(duì)于粗直徑纖維(直徑大于100μm，例如CVD SiC纖維)，一般是將纖維定向排列成為單層纖維片，然后將基體金屬粉末的漿料噴涂在表面，干燥后層疊、剪裁成所需要形狀的坯體，最后經(jīng)過熱壓、熱等靜壓燒結(jié)使基體致密化，獲得FR-MMC。
FR-MMC也可以用熔體注入技術(shù)制備。首先將纖維編織成所需要形狀的預(yù)制體，然后將熔融的金屬利用高壓注入到預(yù)制體中，冷卻得到復(fù)合材料。但是由于該方法既需要高溫又需要高壓，而且加工時(shí)間比較長，因此成本很高，嚴(yán)重限制其發(fā)展。近年來，發(fā)展了一種熔體自發(fā)浸入(也稱無壓浸透)的工藝。它是利用纖維表面與基體金屬熔體的相互潤濕性質(zhì)以及預(yù)制體孔隙的毛細(xì)管力作用快速制備致密的金屬基復(fù)合材料。自發(fā)浸入方法大致有三種蘸液法、浸液法和上置法。蘸液法就是將纖維預(yù)制體一端浸入熔融金屬中，熔體在毛細(xì)管力的驅(qū)動(dòng)下，由下至上浸入到多孔預(yù)制體中，冷卻得到復(fù)合材料。該方法的缺點(diǎn)是由于重力的作用，制品上下浸入程度不同，復(fù)合材料均勻性差。浸液法是將整個(gè)纖維預(yù)制體浸沒在金屬熔體中，在毛細(xì)管力的作用下，熔體自預(yù)制體的周邊浸入體內(nèi)，冷卻得到復(fù)合材料。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，易于規(guī)模生產(chǎn)。但缺點(diǎn)是預(yù)制體內(nèi)氣體難排出，易于產(chǎn)生芯部疏松。上置法是將固體金屬塊放置在纖維預(yù)制體的上面，然后一同加熱。熔化后的金屬自上至下浸入到預(yù)制體內(nèi)部，冷卻得到復(fù)合材料。由于設(shè)備和操作簡單，該方法一般在研究中使用，但是由于浸流的可控性差，復(fù)合材料的組織均勻性較差。熔體自發(fā)浸入法要求纖維同熔融基體金屬有良好的潤濕性，只有少數(shù)幾個(gè)體系才能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槌Ｓ玫睦w維增強(qiáng)體，如碳化硅和氧化鋁，同熔融金屬的潤濕性一般較差。
FR-MMC也可以利用等離子體熔噴方法制備(吳人潔，復(fù)合材料，天津大學(xué)出版社，200011)。例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片是由CVD碳芯碳化硅纖維，SiC(C)增強(qiáng)的Ti-Al基金屬間化合物復(fù)合材料制成的。該復(fù)合材料是采用等離子體噴涂工藝將基體金屬間化合物熔噴到排列好的單層SiC(C)上形成單層片復(fù)合材料，然后按照設(shè)計(jì)要求將層片鋪設(shè)、層疊后采用熱壓或者熱等靜壓方法成型。
所有上述方法有一個(gè)共同點(diǎn)，就是較高的加工溫度，這是導(dǎo)致FR-MMC成本高和性能不理想的重要原因。FR-MMC的力學(xué)性能主要由兩個(gè)因素決定纖維的強(qiáng)度和纖維與基體的界面結(jié)合強(qiáng)度。纖維在自由狀態(tài)強(qiáng)度高并不能保證得到高強(qiáng)度的復(fù)合材料，關(guān)鍵是纖維在復(fù)合材料中的原位強(qiáng)度要高。高加工溫度往往導(dǎo)致纖維性能的嚴(yán)重惡化。原因之一是在高溫下纖維本身力學(xué)性能的惡化。例如Nicalon SiC纖維從1000℃開始，由于CO和SiO氣體的逸出以及纖維結(jié)晶度的增加強(qiáng)度顯著降低；氧化鋁纖維在1000℃以上由于晶粒長大拉伸強(qiáng)度大幅度下降。原因之二是在高溫下纖維同基體發(fā)生化學(xué)作用，往往在纖維表面形成不連續(xù)的脆性中間層，增加了纖維表面缺陷，使強(qiáng)度大幅度降低，因?yàn)槔w維的拉伸強(qiáng)度對(duì)表面缺陷極其敏感(ZHANG ZHIMING，Interfaces in Metal-Ceramics Composites，TheMinerals，Metals and Materials Society，1989259)。
高溫下纖維同基體間的化學(xué)反應(yīng)往往導(dǎo)致強(qiáng)而脆的界面結(jié)合。要獲得高強(qiáng)度的FR-MMC，界面結(jié)合強(qiáng)度必須適中。過低時(shí)，應(yīng)力無法由基體傳遞到纖維上去，纖維僅承擔(dān)很小的載荷，因此復(fù)合材料的強(qiáng)度很低。但是如果界面結(jié)合強(qiáng)度過高，許多纖維增強(qiáng)的機(jī)理無法有效發(fā)揮作用(例如橋梁效應(yīng)、拔出效應(yīng)、裂紋偏轉(zhuǎn)效應(yīng)、界面分離效應(yīng))，這樣的復(fù)合材料不僅僅強(qiáng)度較低，而且韌性差。
由上面的綜述可以發(fā)現(xiàn)，高加工溫度是阻礙FR-MMC發(fā)展的最主要因素之一。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在提供一種于室溫下利用電化學(xué)沉積法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明采用電化學(xué)浸入(簡寫為ECI)法制備FR-MMC，作為增強(qiáng)體的纖維既可以是具有良好導(dǎo)電性能的金屬，也可以是導(dǎo)電性能較差的非金屬(玻璃纖維、陶瓷纖維或者高分子纖維)。
當(dāng)用于增強(qiáng)體的纖維是金屬時(shí)，ECI方法制備FR-MMC的工藝步驟包括(1)纖維表面去油處理；(2)編織纖維預(yù)制體；(3)ECI。
當(dāng)用于增強(qiáng)體的纖維是非金屬時(shí)，ECI方法制備FR-MMC的工藝步驟包括(1)纖維表面去油處理；(2)纖維表面金屬化預(yù)處理；(3)編織纖維預(yù)制體；(4)ECI。
纖維表面去油處理可以采用有機(jī)溶劑法或加熱法。有機(jī)溶劑法是將纖維置于合適溶劑的飽和蒸汽中，使纖維表面的油漬溶解，同時(shí)使纖維表面的雜質(zhì)沖洗掉。溶劑一般選擇鹵化烴，例如四氯化碳或三氯乙烯。加熱法就是將纖維加熱，使表面的油漬揮發(fā)或者分解掉，從而達(dá)到去油的目的。加熱法主要應(yīng)用于耐熱性好的無機(jī)纖維中，加熱溫度一般為100℃～500℃。
纖維表面金屬化預(yù)處理是指在非金屬纖維的表面形成一層具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的金屬鍍層。常規(guī)的表面處理技術(shù)都可以用來進(jìn)行纖維表面金屬化處理，最重要的包括化學(xué)氣相沉積(CVD)法、真空濺射法、真空蒸鍍法、化學(xué)鍍法等。CVD法是將揮發(fā)性的金屬化合物(例如三乙酰丙酮鋁)蒸氣在同載氣(一般是氮?dú)?和還原氣體(一般是氫氣)一起通過加熱的纖維表面，金屬在纖維表面被還原形成薄金屬涂層；真空濺射法是將要沉積的涂層金屬制成靶材，然后真空濺射到纖維的表面形成金屬涂層；真空蒸鍍法是在真空下將金屬加熱到合適的溫度，形成一定的金屬蒸氣壓，然后使金屬沉積到纖維的表面形成金屬涂層。上述幾種方法中，需要將纖維加熱到150℃～1350℃，因此要求纖維具有較好的耐熱性。
化學(xué)鍍方法是一種常溫表面金屬化方法，對(duì)多數(shù)纖維增強(qiáng)體都適用，是目前最廣泛使用的表面金屬化方法。非金屬表面化學(xué)鍍一般包括敏化處理、活化處理和化學(xué)鍍?nèi)齻€(gè)步驟。敏化處理是將纖維浸入敏化液中5min～30min，然后用蒸餾水清洗并干燥。敏化液一般是具有還原性的金屬鹽水溶液，例如濃度為0.5％～3％的SnCl2.2H2O水溶液；活化處理是將敏化處理后的纖維浸入到活化液中5min～30min，然后利用還原劑將活化液中的金屬離子還原成為金屬，最后用蒸餾水沖洗干凈?；罨阂话闶呛匈F金屬離子的鹽，例如0.3％的硝酸銀水溶液，此時(shí)的還原劑一般為1％～6％的甲醛水溶液；化學(xué)鍍是將活化后的纖維浸入到化學(xué)鍍液中并保持5min～60min，形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的金屬鍍層，然后用蒸餾水清洗?；瘜W(xué)鍍金屬涂層是非常成熟的工藝，配方和工藝條件可以從相關(guān)的手冊(cè)中查詢到。
編織纖維預(yù)制體是按照產(chǎn)品要求將纖維增強(qiáng)體編織成所需要的形狀和尺寸。按纖維排列方式分，預(yù)制體可以是一維的(纖維單向排列)或者是二維的(纖維平面排列)或者是三維的(纖維立體交叉排列)。適合ECI的纖維預(yù)制體既可以是片狀，也可以是管狀或者其它的幾何形狀，在預(yù)制體的中心位置設(shè)一電極引線，以保證電化學(xué)浸入的均勻性。如對(duì)于平板狀預(yù)制體，電極引線最好是沿板長度方向從其幾何形狀中心引出。電極引線必須是電良導(dǎo)體，例如Cu，Ag，Au，Pt、Ni，W等，具體材料要根據(jù)復(fù)合材料來確定。
對(duì)于非金屬纖維也可以先編織成預(yù)制體，然后進(jìn)行去油和表面金屬化處理。
ECI是在裝有電解質(zhì)溶液的電解沉積槽中進(jìn)行，將纖維預(yù)制體作為陰極，而將基體金屬作為陽極，在兩個(gè)電極之間施加直流電源。電源密度為0.5～15A/dm2，沉積時(shí)間4～20h陽極發(fā)生金屬溶解M-ne→M+n，而陰極發(fā)生金屬沉積M+n+ne→M。由于陰極的金屬沉積是在纖維預(yù)制體內(nèi)的纖維表面上進(jìn)行，因此基體金屬把纖維結(jié)合在一起，形成FR-MMC?；w金屬可以是單金屬、合金或金屬-陶瓷復(fù)相材料。
另外，還可以在增強(qiáng)纖維表面先鍍中間層后再ECI制備復(fù)合材料，所說的中間層可以是金屬、陶瓷或者高分子。
本發(fā)明利用電化學(xué)沉積法使陽極材料(基體金屬)溶解后浸入并沉積到纖維預(yù)制體內(nèi)部纖維的表面，從而獲得纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，所形成的復(fù)合材料的密度大于95％。由于室溫制備，纖維的性能不會(huì)因?yàn)榧庸ざ鴲夯?；界面的性質(zhì)一般不會(huì)因?yàn)榧庸ざa(chǎn)生顯著的變化，因此更容易通過界面設(shè)計(jì)獲得結(jié)合強(qiáng)度適中的界面；可以用耐熱性低的纖維增強(qiáng)高溫基體，制備出傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的新型復(fù)合材料，例如普通玻璃纖維甚至高分子纖維增強(qiáng)高溫金屬。在低溫合成的同時(shí)，由于電化學(xué)方法的效率高，電壓低，沉積速度快，因此生產(chǎn)成本可大幅度降低。
(4)具體實(shí)施方式
實(shí)施例1銅纖維增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料1、去油處理增強(qiáng)體選用直徑50μm的銅纖維，已經(jīng)編織成0°/90°160目的銅網(wǎng)。將銅網(wǎng)懸掛在三氯乙烯蒸發(fā)室中，銅網(wǎng)不同溶劑接觸，然后將溶劑加熱到沸騰(86.7℃)。蒸汽同銅網(wǎng)接觸時(shí)，部分冷凝流回到溶劑槽。在這個(gè)過程中，銅網(wǎng)上的油漬被溶解，纖維表面上的顆粒狀雜質(zhì)被沖洗掉。在蒸汽室中清洗10min后將銅網(wǎng)取出。
2、編織纖維預(yù)制體將清洗后的銅網(wǎng)裁剪成20mm×30mm的單片，然后將10片層疊在一起。層疊時(shí)在第5和第6片之間沿長邊方向放一根50μn的銅纖維，其中的一端伸出50mm，作為電極的引線。利用50μm銅纖維將層疊好的10片銅網(wǎng)縫合在一起，以免層片間脫離。最后將縫合好的銅網(wǎng)放在壓機(jī)上，在銅網(wǎng)上施加1MPa的壓應(yīng)力使之平整。
3、ECI將纖維預(yù)制體作為陰極，將60mm×40mm×2mm的純銅片作為陽極，電極間距離為100mm，在兩個(gè)電極間施加5.5V直流電壓。電解液為普通硫酸銅電解液，配制的方法是將160g硫酸銅CuSO4.5H2O溶于800ml蒸餾水中，加入1ml的30％H2O2，攪拌30min，再加入3g活性炭，繼續(xù)攪拌60min，靜置12h后過濾，然后慢慢加入38ml的98％硫酸，定容至1000ml。電解液的用量必須使整個(gè)纖維預(yù)制體和陽極銅板浸沒其中。電解液利用電磁攪拌器攪拌，攪拌速度為60rpm。電化學(xué)沉積共8h，但是在開始4h后，將預(yù)制體水平翻轉(zhuǎn)180°，使原來背離陽極的面面對(duì)陽極，以改善預(yù)制體內(nèi)部沉積的均勻性。電化學(xué)沉積完成后，將復(fù)合材料用蒸餾水清洗干凈，除去表面粘附的電解液，最后干燥獲得銅纖維增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料。
4、將復(fù)合材料制成拉伸試樣在電子萬能拉伸機(jī)上拉伸至斷裂，然后用SEM觀察斷口形貌。發(fā)現(xiàn)除了少數(shù)孤立的孔洞外，復(fù)合材料基本是致密的，相對(duì)密度大于95％。和拉伸方向一致的銅纖維在斷口處有廣泛的拔出現(xiàn)象，而同拉伸方向垂直的銅纖維和基體之間有非常明顯的界面分離和界面撕裂，這些現(xiàn)象都表明纖維同基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度適中，有利于復(fù)合材料強(qiáng)度和斷裂韌性的提高。
實(shí)施例2玻璃纖維增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料1、去油處理增強(qiáng)體選用直徑25μm的玻璃纖維。出廠時(shí)纖維表面有一層非常薄的高分子保護(hù)膜，以防止纖維在操作過程中損傷。將纖維在350℃加熱30min，使纖維表面的高分子膜和油漬分解或揮發(fā)，從而得到清潔的纖維表面。
2、敏化處理將1.5g氯化亞錫SnCl2.2H2O溶解于4.5ml36％鹽酸中，然后加蒸餾水稀釋至100ml，配制成1.5％的SnCl2.2H2O敏化溶液。將去油處理后的纖維浸入其中并保持5min，然后取出用蒸餾水清洗干凈并在50℃干燥10h。
3、活化處理將0.3g硝酸銀AgNO3溶解于80ml蒸餾水中，然后滴加10％的氨水。開始滴加時(shí)，立即有沉淀生成，溶液變渾濁，繼續(xù)滴加，直到沉淀剛好完全溶解為止。然后用蒸餾水將溶液稀釋到100ml，配制成0.3％的AgNO3活化液。將敏化后的纖維浸入到活化液中并保持10min，然后取出纖維，用3.5％的甲醛水溶液浸泡3min，在纖維表面形成一層金屬銀薄膜，最后用蒸餾水清洗干凈。
4、化學(xué)鍍按照下表分別配制A、B溶液，按照體積比25/1混合均勻，然后將活化處理過的纖維浸入其中并保持20min，其間不斷攪拌溶液以使鍍層均勻，最后將纖維取出并用蒸餾水清洗干凈，在表面形成一層明顯的銅鍍層。
5、編織纖維預(yù)制體將表面金屬化處理后的纖維單向排列，形成40×20×3mm3的薄片。在片中間沿長邊方向埋入一條50μm的銅纖維，其中一端伸出50mm作為電極的引線。為了防止纖維移動(dòng)，將纖維片夾持在兩個(gè)聚氯乙烯(PVC)框中間，框中部開有30×30mm2的窗口。夾持好后，兩個(gè)PVC片用四個(gè)PVC螺栓緊固，使纖維預(yù)制體完全定位。
6、ECI同實(shí)施例1(3)。
7、將復(fù)合材料沿同纖維垂直的方向鋸斷，然后用金剛石膏拋光后進(jìn)行SEM觀察。除了少數(shù)孤立的孔洞外，復(fù)合材料基本是致密的，相對(duì)密度大于95％，并可以明顯觀察到纖維表面的金屬化鍍層。
實(shí)施例3SiC纖維增強(qiáng)的Ni-Cr合金復(fù)合材料1、去油處理增強(qiáng)體選用直徑14μm的C G Nicalon SiC纖維。該纖維表面有一層非常薄的高分子保護(hù)膜，以防止纖維在操作過程中損傷。將纖維在350℃加熱30min，使纖維表面的高分子膜和油漬分解或揮發(fā)，從而得到清潔的纖維表面。
2、活化處理該工藝將普通的敏化和活化處理合并成為一道工序。活化液配制如下將7.5g氯化亞錫SnCl2.2H2O溶解在20ml36％鹽酸中，然后加入0.7g錫酸鈉Na2SnO3.3H2O溶解后得到白色乳濁液A；在另一個(gè)容器中，將0.1g氯化鈀PdCl2溶解于30ml12％鹽酸中，然后加入0.25g SnCl2.2H2O，攪拌溶解得到溶液B。將B邊攪拌邊加入到A中并稀釋到100ml，得到棕色膠態(tài)鈀溶膠，最后在40℃保溫3h制成活化液。將纖維浸入到活化液中并保持5min，取出后在1.5％次磷酸鈉NaH2PO2.H2O水溶液中浸泡2min進(jìn)行還原處理，然后在10％鹽酸中浸泡5min，最后用蒸餾水清洗。
3、化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鎳鍍液的配制是將3g硫酸鎳NiSO4.7H2O和2.6g乙酸鈉NaC2H3O2.3H2O溶解于蒸餾水中并稀釋至50ml；在另一個(gè)容器中將2.8g次磷酸鈉NaH2PO2.H2O溶解于蒸餾水中并稀釋至50ml。將這兩種溶液混合均勻后，立即把活化后的SiC纖維浸入其中并保持10min，然后將纖維取出用蒸餾水清洗干凈。
4、編織纖維預(yù)制體同實(shí)施例2(5)。
5、ECI電解液的配方是將280 g硫酸鉻銨NH4Cr(SO4)2.12H2O、55g硫酸鎳NiSO4.6H2O、18g硼酸H3BO3和15g乙醇酸HOCH2COOH溶解于900ml蒸餾水中，然后稀釋到1000ml。將SiC纖維預(yù)制體作為陰極，將60mm×40mm×2mm的10％Cr-Ni板作為陽極，電極間距離為100mm。在兩個(gè)電極間施加5.5V直流電壓。電解液利用電磁攪拌器攪拌，攪拌速度為60rpm，溫度為50℃。電化學(xué)沉積共12h，但是在開始6h后，將預(yù)制體水平翻轉(zhuǎn)180°，使原來背離陽極的面面對(duì)陽極，以改善預(yù)制體內(nèi)部沉積的均勻性。電化學(xué)沉積完成后，將復(fù)合材料用蒸餾水清洗干凈，除去表面粘附的電解液，最后干燥獲得SiC纖維增強(qiáng)的Ni-Cr基復(fù)合材料。
6、SEM觀察發(fā)現(xiàn)除了少數(shù)孤立的孔洞外，復(fù)合材料基本是致密的，基體中Cr的含量為5.5％，相對(duì)密度大于95％。
實(shí)施例4Kevlar-49增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料1、同實(shí)施例2，所不同的是在實(shí)施例2(1)中增強(qiáng)纖維是Kevlar-49(聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維)。
2、同實(shí)施例2，所不同的是為了提高纖維表面金屬化質(zhì)量，Kevlar-49在表面金屬化處理前進(jìn)行表面化學(xué)粗化處理?；瘜W(xué)粗化液的配制是將40g鉻酐CrO3溶解于70ml蒸餾水中，然后慢慢加入35g98％的硫酸，最后用蒸餾水稀釋到100ml。粗化處理是將纖維浸入粗化液中并保持5min，然后將纖維取出用10％氨水中和5min，最后用蒸餾水清洗干凈。
3、SEM觀察發(fā)現(xiàn)除了少數(shù)孤立的孔洞外，復(fù)合材料基本是致密的，相對(duì)密度大于95％。
實(shí)施例5鎢纖維(表面有TiO2膜)增強(qiáng)的鎳基復(fù)合材料1、去油處理增強(qiáng)纖維是直徑30μm的W纖維，纖維在250℃加熱30min進(jìn)行去油處理。
2、TiO2中間層的制備為了改變纖維同基體間的界面結(jié)合性能，在W纖維表面形成一層TiO2薄膜。方法是使纖維連續(xù)通過TiO2溶膠，然后經(jīng)過350℃加熱管在空氣中加熱5min形成TiO2薄膜，膜厚度為0.08μm。所說的TiO2溶膠是將6ml鈦酸丁脂Ti(OC4H9)4溶解于44ml無水乙醇、0.2ml36％鹽酸和2ml蒸餾水的混合溶液中，然后將所得到的透明液體在室溫下密閉容器中成熟72h而制得。
3、活化、化學(xué)鍍和纖維預(yù)制體編織如實(shí)施例3(2～4)。
4、ECI電解液的配方是將300g的氨基磺酸鎳Ni[NH2SO3]、35g硼酸H3BO3和20g氯化鎳NiCl2.6H2O分別溶解成水溶液，然后混合在一起并稀釋到1000ml。將纖維預(yù)制體作為陰極，將60mm×40mm×2mm的鎳板作為陽極，電極間距離為100mm。在兩個(gè)電極間施加5.5V直流電壓。電解液利用電磁攪拌器攪拌，攪拌速度為60rpm。電化學(xué)沉積共10h，但是在開始5h后，將預(yù)制體水平翻轉(zhuǎn)180°，使原來背離陽極的面面對(duì)陽極，以改善預(yù)制體內(nèi)部沉積的均勻性。電化學(xué)沉積完成后，將復(fù)合材料用蒸餾水清洗干凈，除去表面粘附的電解液，最后干燥獲得鎢纖維(表面有TiO2膜)增強(qiáng)的鎳基復(fù)合材料。
5、SEM觀察發(fā)現(xiàn)除了少數(shù)孤立的孔洞外，復(fù)合材料基本是致密的，相對(duì)密度大于95％。
實(shí)施例6銅纖維增強(qiáng)的Cu/SiCp復(fù)合材料1、同實(shí)施例1，所不同的是實(shí)施例1(2)中裁剪后的銅網(wǎng)浸入碳化硅粉末(SiCp)的漿料中，垂直提取出來，然后層疊、埋入電極引線和縫合。縫合后的預(yù)制體在100℃空氣中加熱5h徹底干燥，所得到預(yù)制體中的SiCp含量為8％。所說的SiCp漿料是將平均粒度0.08μm的SiCp加入到蒸餾水中，漿料中粉末的濃度為30％，然后加入氨水調(diào)節(jié)pH值到12，球磨3h。
2、SEM觀察發(fā)現(xiàn)除了很少數(shù)的幾個(gè)獨(dú)立孔洞外，復(fù)合材料基本是致密的，相對(duì)密度大于95％。
實(shí)施例7同實(shí)施例2，所不同的是將去油后的纖維先編織成預(yù)制體，然后進(jìn)行敏化、活化、化學(xué)鍍和ECI。SEM觀察發(fā)現(xiàn)除了很少數(shù)的幾個(gè)獨(dú)立孔洞外，復(fù)合材料基本是致密的，相對(duì)密度大于95％。
權(quán)利要求
1.電化學(xué)方法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于(1)當(dāng)纖維增強(qiáng)體為金屬材料時(shí)，其工藝步驟如下(a)纖維表面去油處理；(b)編織纖維預(yù)制體；(c)電化學(xué)浸入制備金屬基復(fù)合材料；(2)當(dāng)纖維增強(qiáng)體為非金屬材料時(shí)，其工藝步驟如下(a)纖維表面去油處理；(b)纖維表面金屬化預(yù)處理；(c)編織纖維預(yù)制體；(d)電化學(xué)浸入制備金屬基復(fù)合材料；所說的纖維表面去油處理為采用有機(jī)溶劑法或加熱法；所說的纖維表面金屬化預(yù)處理為采用化學(xué)氣相沉積法，真空濺射法，真空蒸鍍法或化學(xué)鍍法對(duì)纖維表面進(jìn)行金屬化處理；所說的紡織纖維預(yù)制體是按產(chǎn)品要求將纖維增強(qiáng)體編織成所需要的形狀和尺寸，在預(yù)制體的中心位置設(shè)一電極引線；所說的電化學(xué)浸入制備金屬基復(fù)合材料是在裝有電解質(zhì)溶液的電解沉積槽中進(jìn)行以纖維預(yù)制體作為陰極，基體金屬作為陽極，在兩電極之間施加直流電源，電流密度為0.5～15A/dm2，沉積時(shí)間4～20h，電化學(xué)沉積完成后，將復(fù)合材料洗凈，干燥后獲得纖維增強(qiáng)金屬復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)方法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于纖維預(yù)制體可以是一維的，或二維的，或三維的。
3.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)方法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于纖維預(yù)制體為片狀、管狀或其它幾何形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)方法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于電極引線為電良導(dǎo)體，如Cu，Ag，Au，Pt，Ni，W。
5.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)方法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于基體可以是單金屬、合金或金屬-陶瓷復(fù)相材料。
6.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)方法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于對(duì)非金屬材料的纖維增強(qiáng)體，可先編織成強(qiáng)制體后，然后再進(jìn)行表面去油處理和表面金屬化處理。
7.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)方法制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于在增強(qiáng)體纖維表面先鍍一層中間層，所說的中間層為金屬、陶瓷或高分子。
全文摘要
涉及一種制備纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，步驟為纖維表面預(yù)處理；編織纖維預(yù)制體；電化學(xué)浸入制備金屬基復(fù)合材料。利用電化學(xué)支棊金屬溶解后浸入并沉積到纖維增強(qiáng)體的表面，所形成的復(fù)合材料的密度大于95％，由于室溫制備，纖維的性能不會(huì)因?yàn)榧庸ざ鴲夯?，界面的性質(zhì)不會(huì)因加工而產(chǎn)生顯著的變化，因此更容易通過界面設(shè)計(jì)獲得結(jié)合強(qiáng)度適中的界面?？梢杂媚蜔嵝缘偷睦w維增強(qiáng)高溫基體，制備出傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的新型復(fù)合材料，在低溫合成的同時(shí)，由于電化學(xué)方法的效率高，電壓低，沉積速度快，因此生產(chǎn)成本可大幅度降低。
文檔編號(hào)C22C47/00GK1482272SQ02142328
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2002年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月12日
發(fā)明者陳立富, 羅學(xué)濤 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)