專利名稱：纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料及其制備成型的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料及其制備成型的方法。
背景技術(shù)：
大推重比發(fā)動機(jī)和高速飛行器的輕型化及超高速化要求其結(jié)構(gòu)件具有更 優(yōu)異的高溫性能(高溫強(qiáng)度、蠕變)和抗氧化、耐腐蝕性能，同時還要求密度 小，以降低自身的重量，提高發(fā)動機(jī)有效推重比。目前，以傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的鎳 基高溫合金的使用溫度己接近它們的使用極限溫度，加之其過高的比重已不適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)要求。Ti-Al系金屬間化合物具有優(yōu)異的抗氧化性和抗腐蝕能力， 比較低的密度和高的熔點(diǎn)，是研究者所期待的高溫材料之一，但是Ti-Al系金 屬間化合物脆性大、成型難、焊接難、制備工藝復(fù)雜成本高，這些問題制約了 金屬間化合物的使用。另一方面，金屬基復(fù)合材料的發(fā)展使人們看到，利用纖 維與金屬間化合物進(jìn)行復(fù)合，制成纖維增強(qiáng)、增韌金屬間化合物基復(fù)合材料， 是金屬間化合物材料走出困境的技術(shù)途徑，有人預(yù)言，輕質(zhì)金屬間化合物復(fù)合 材料將成為未來最有前途的新型輕質(zhì)耐高溫材料。金屬間化合物復(fù)合材料制備方法有多種，例如，粉末冶金法、壓鑄法、 快速凝固法、燃燒合成法、XD法(放熱擴(kuò)散法)等，這些方法只適用于制備 顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料，而長纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的制備方法目前有 粉末布法、箔疊纖維法、火焰(弧焰)噴射成型法、等離子噴涂法、物相沉積 法和壓力鑄造法等。粉末布法是先要制備金屬間化合物，再將其研磨成粉末，粉末用粘合劑粘 合再制成布片狀，將布片與纖維交疊高溫成型，溫度在金屬間化合物熔點(diǎn)附近， 溫度高，反應(yīng)時間長，對模具等設(shè)備要求高，因此成本高，同時對纖維損傷大， 如果粘合劑和溶液不能徹底去除，會留下有害雜質(zhì)。箔疊纖維法是先將脆性的金屬間化合物軋制成箔材，再將箔片與纖維交疊鋪設(shè)再真空熱壓制成。這種方法具有基體材料完全致密，無粘合劑污染的優(yōu)點(diǎn)，但是TiAl金屬間化合物屬于脆性材料，軋制TiAl箔材工藝難度高，價格昂貴， 限制了其發(fā)展，加之由于TiAl合金變形能力差，纖維容易損傷，不易與纖維 緊密結(jié)合，在固化溫度和時間內(nèi)，TiAl基體與纖維易發(fā)生不良反應(yīng)，同時， 由于工藝方法的限制只能制成板狀材料和簡單形狀?；鹧?弧焰)噴射成型法是在真空中將金屬間化合物熔滴濺射到鋪設(shè)好的 纖維上，再熱壓成型。優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合材料干凈、高純；但產(chǎn)品的尺寸受真空室的 限制，作為電極的材料必須是線材，這對脆性的金屬間化合物而言是很難辦到 的。等離子噴涂法是將鈦鋁金屬間化合物粉體通過等離子噴涂的方式噴涂到 纖維表面，再進(jìn)行真空熱壓成型。缺點(diǎn)是粉末直徑小，在高溫下氧含量高，對 于活潑的金屬間化合物而言，氧化問題更加嚴(yán)重，這一工藝方法需要控制的參 數(shù)較多，難度很大。物相沉積法是用電子束蒸發(fā)沉積的方式在纖維表面涂層的方法。成本極 高，電子束蒸發(fā)沉積的涂層成分難以控制，磁控濺射的沉積速率很慢，不適合 于規(guī)模化生產(chǎn)。壓力鑄造法是一種有效的制造纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的工藝技術(shù)，目前 已經(jīng)成功地制造A1， Mg， Ni及Ni-Al系化合物基復(fù)合材料，該方法在真空條 件下進(jìn)行，大致工藝是先把纖維制成預(yù)制件放在一個加熱的陶瓷鑄模里，以 金屬間化合物為基體合金將其在特殊熔煉裝置中熔化，然后把熔化的金屬間化 合物基體材料倒入裝有纖維預(yù)制件的鑄模里之后，通入高壓氬氣，迫使液體金 屬滲入纖維間隙中，從而制成密實(shí)的復(fù)合材料。采用該法可以制造近凈成型的 零部件，生產(chǎn)效率高，具有良好的發(fā)展前景，缺點(diǎn)是真空氣壓裝備復(fù)雜、昂貴， 熔煉金屬間化合物需要使用特殊的耐高溫坩堝和鑄模，對于活性較大的鈦鋁金 屬間化合物來說，制造過程中會帶來污染，影響復(fù)合材料的性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)行纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料方法中制 備裝備復(fù)雜、工藝成本高、難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀成型等問題，提供了一種纖維增 強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料及其制備成型的方法。本發(fā)明先用鈦粉和纖維混合制成具有一定形狀、規(guī)格的預(yù)制體，再利用壓力浸滲方法將熔融的鋁合金浸滲到 預(yù)制體間隙中，同時使高溫液態(tài)鋁合金與鈦粉反應(yīng)生成鈦鋁金屬間化合物。本 發(fā)明制備工藝簡單、成本低、雜質(zhì)含量少，纖維損傷小，可保持其連續(xù)性并可 根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)、制造與構(gòu)件一體化成型。本發(fā)明的復(fù)合材料由纖維增強(qiáng)體和鈦鋁金屬間化合物基體組成，纖維增強(qiáng)體占復(fù)合材料體積的10% 60%。鈦鋁金屬間化合物為Ti3Al、 TiAl、 TiAl3中的一種或其中幾種的混合，它是由鋁或鋁合金的高溫溶液與鈦粉原位反應(yīng)生成，鈦和鋁的原子比為3~1/3: 1;纖維增強(qiáng)體為石墨長纖維、碳化硅長纖維、 氧化鋁長纖維、石墨短纖維、碳化硅短纖維、氧化鋁短纖維、石墨纖維織物、 碳化硅纖維織物或氧化鋁纖維織物。本發(fā)明纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料制備成型的方法是由下述步驟實(shí) 現(xiàn)的 一、參照構(gòu)件的形狀要求設(shè)計(jì)并加工石墨胎模；二、用有機(jī)溶劑將粒徑 為3 15pm金屬鈦粉混合調(diào)成濃度為0.02 lg/ml鈦粉漿料；三、將纖維浸入 鈦粉漿料中，超聲波振蕩下制成預(yù)浸纖維；四、將預(yù)浸纖維纏繞或鋪設(shè)或涂敷 在芯模上，每纏繞或鋪設(shè)或涂覆一層預(yù)浸纖維均勻的涂一層鈦粉漿料，并使鈦 粉充滿纖維的間隙，當(dāng)纏繞或鋪設(shè)或涂敷到零件厚度時自然干燥后將胎具合模 并壓實(shí)，制成預(yù)制件；纖維增強(qiáng)體的體積控制在預(yù)制件體積的10% 60%;五、 將預(yù)制件裝入模具內(nèi)預(yù)熱到5S0 70(TC，再將純鋁或鋁合金熔化到7S0。C 95(TC，澆注到模具內(nèi)，在5 20MPa條件下加壓浸滲，使鋁液或鋁合金液體 浸滲到預(yù)制件的鈦粉和纖維增強(qiáng)體的空隙之中，保溫保壓5 120分鐘，再自然 冷卻至室溫，脫模，得到毛坯，其中鈦和鋁的原子比為3 l/3: 1;六、將毛坯 在500 110(TC進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散均勻化處理10~50小時，再車掉外部的鋁以及芯 模等部分；得到了具有預(yù)定形狀的復(fù)合材料構(gòu)件。本發(fā)明的復(fù)合材料可以在簡 單的壓力機(jī)上實(shí)施。在步驟一中所述的石墨胎模上鉆？L,孔的直徑為0.5 5mm，兩孔之間的距 離l 6mm，以供鋁液滲入。在步驟二中所述的有機(jī)溶劑為乙醇和甘油混合溶液，或者乙醇和異辛酸稀 土混合溶液；其中乙醇和甘油的體積比為10~5: 1，乙醇和異辛酸稀土的體積比為10-5: 1。在步驟三中所述的纖維增強(qiáng)體為石墨長纖維、碳化硅長纖維、氧化鋁長纖 維、石墨短纖維、碳化硅短纖維、氧化鋁短纖維、石墨纖維織物、碳化硅纖維 織物或氧化鋁纖維織物。本發(fā)明具有制備工藝簡單、低成本、雜質(zhì)含量少、消除污染、減少機(jī)械加 工，保持纖維的連續(xù)性并可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)、制造、構(gòu)件成型一體 化的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可用于大推重比發(fā)動機(jī)和高速度飛行器耐高溫構(gòu)件。


圖1是具體實(shí)施方式
十五中制造纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料薄壁構(gòu)件的示意圖。圖2是具體實(shí)施方式
十八制造纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料筒 的示意圖。圖3是具體實(shí)施方式
十六產(chǎn)品的微觀組織照片。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料由鈦鋁金 屬間化合物和纖維增強(qiáng)體組成；其中纖維增強(qiáng)體占復(fù)合材料體積的10% 60%;鈦鋁金屬間化合物為Ti3Al、 TiAl、 TiAl3中的一種或其中幾種的混合， 它是由鋁或鋁合金的高溫溶液與鈦粉原位反應(yīng)生成，鈦和鋁的原子比為3 1/3: 1;纖維增強(qiáng)體為石墨長纖維、碳化硅長纖維、氧化鋁長纖維、石墨短纖維、 碳化硅短纖維、氧化鋁短纖維、石墨纖維織物、碳化硅纖維織物或氧化鋁纖維 織物。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是纖維增強(qiáng)體占復(fù) 合材料體積的20%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是纖維增強(qiáng)體占復(fù) 合材料體積的30%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是纖維增強(qiáng)體占復(fù) 合材料體積的40%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式中復(fù)合材料制備成型的方法是由下述步驟實(shí) 現(xiàn)的 一、參照構(gòu)件的形狀要求設(shè)計(jì)并加工石墨胎模，石墨胎模上鉆孔，孔的 直徑為0.5 5mm，兩孔之間的距離1 6mm; 二、用有機(jī)溶劑將粒徑為3 15pm 鈦粉混合調(diào)成濃度為0.02 lg/ml鈦粉漿料；三、將纖維浸入鈦粉漿料中，超 聲波振蕩3 20分鐘制成預(yù)浸纖維；四、將預(yù)浸纖維纏繞或鋪設(shè)或涂敷在芯模上，每纏繞或鋪設(shè)或涂敷一層預(yù)浸纖維均勻的涂一層鈦粉槳料，并使鈦粉充滿 纖維的間隙，當(dāng)纏繞或鋪設(shè)或涂敷到零件厚度時自然干燥后將胎具合模并壓實(shí)，制成預(yù)制件；纖維的體積控制在預(yù)制件體積的10% 60%，鈦和鋁的原子 比為3~1/3: 1;五、將預(yù)制件裝入模具內(nèi)預(yù)熱到5S0 70(TC，再將純鋁或鋁 合金熔化到78(TC 90(TC后澆注到模具內(nèi)，在5 20MPa條件下加壓浸滲， 使鋁液或鋁合金液體浸滲到預(yù)制件的鈦粉和纖維增強(qiáng)體的空隙之中，保溫保壓 5~120分鐘(目的是為了促進(jìn)鋁與鈦粉反應(yīng)生成Ti-Al金屬間化合物)，再自然 冷卻至室溫，脫模，得到毛坯；六、將毛坯在500 110(TC進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散均勻 化處理10 50小時，再車掉外部的鋁以及芯模等部分；即得到具有預(yù)定形狀的 復(fù)合材料構(gòu)件。本實(shí)施方式的石墨胎模上鉆孔，孔的直徑為0.5 5mm，兩孔之間的距離 1 6mm;以供金屬流動。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是在步驟二中鈦粉 粒徑為5 10(im。其它與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是在步驟二中鈦粉 粒徑為7)im。其它與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是在步驟二中鈦粉粒徑為8pm。其它與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是在步驟二中有機(jī) 溶劑為乙醇和甘油混合溶液，或者乙醇和異辛酸稀土混合溶液；其中乙醇和甘 油的體積比為3 10: 1，乙醇和異辛酸稀土的體積比為3 10: 1。其它與具體 實(shí)施方式五相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式中乙醇和甘油的體積比為3.5 4.5: 1。其它 與具體實(shí)施方式
九相同。
具體實(shí)施方式
H^—本實(shí)施方式中乙醇和甘油的體積比為4: 1。其它與具體實(shí)施方式
九相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式中乙醇和異辛酸稀土的體積比為7: 1。 其它與具體實(shí)施方式
九相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式中乙醇和異辛酸稀土的體積比為8: 1。其它與具體實(shí)施方式
九相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式在步驟三中纖維增強(qiáng)體為石墨長纖維、碳 化硅長纖維、氧化鋁長纖維、石墨短纖維、碳化硅短纖維、氧化鋁短纖維、石 墨纖維織物、碳化硅纖維織物或氧化鋁纖維織物。其它與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
十五(參見圖1)本實(shí)施方式制備一種石墨纖維增強(qiáng)金屬 間化合物復(fù)合材料的薄壁構(gòu)件，其制備方法的步驟如下 一、參照構(gòu)件的形狀 要求設(shè)計(jì)胎模，包括芯模1和帶有通孔的外模2，芯模l的材料為石墨；二、用體積比為3: 1的乙醇和甘油混合溶液將粒徑為3 15pm鈦粉混合調(diào)成濃度 為0.02g/ml鈦粉漿料；三、將石墨纖維布浸入鈦粉漿料中，超聲波振蕩5 30 分鐘制成預(yù)浸石墨纖維布；四、將預(yù)浸石墨纖維布鋪設(shè)在芯模1上，每鋪設(shè)一 層預(yù)浸石墨纖維布均勻的涂一層鈦粉漿料，并使鈦粉充滿石墨纖維布的間隙， 當(dāng)鋪設(shè)到零件厚度時自然干燥1~5小時后，裝配上外模2、上壓板6和下壓板 7，上壓板6和下壓板7與芯模1用螺栓固定，壓緊制成預(yù)制件3;纖維增強(qiáng) 體的體積控制在預(yù)制件體積的60%，鈦粉體積占預(yù)制件體積的12%;五、將 預(yù)制件3裝入模具4內(nèi)預(yù)熱到620°C，再將純鋁或鋁合金熔化到89(TC后澆注 到模具4內(nèi)，通過壓頭8施加20MPa的壓力，使鋁液或鋁合金液體通過外模 2上的通孔浸滲到預(yù)制件3的鈦粉和纖維層的間隙之中，保溫保壓5分鐘后冷 卻至室溫，脫模，得到毛坯；六、將毛坯在50(TC進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散均勻化處理30h， 再車掉外部的鋁以及芯模1;即得到具有預(yù)定形狀的石墨纖維增強(qiáng)鈦鋁復(fù)合材 料的薄壁構(gòu)件。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是制備過程中 纖維增強(qiáng)體為碳化硅纖維布、鋁合金為含0.6%Mn的鋁合金，鈦粉的粒徑為 5(im，有機(jī)溶劑是體積比為6: 1的乙醇和異辛酸稀土混合溶液，鈦粉漿料的 濃度為0.04 g/ml，預(yù)制件3中纖維的體積分?jǐn)?shù)約為50%，鈦粉的體積分?jǐn)?shù)約 為20%，在步驟二中超聲波振蕩10分鐘，在步驟五中模具4預(yù)熱到600°C， 將鋁合金熔化至800。C，壓力為5MPa，保溫保壓20分鐘，在步驟六中均勻化 條件是650。C，保溫20h 。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。本實(shí)施例獲得的復(fù) 合材料微觀組織照片參見圖3。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是制備過程中纖維增強(qiáng)體為氧化鋁纖維布，鋁合金為含0.3^Si、 0.1V。/。和3。/。Nb的鋁合金， 鈦粉的粒徑為12pm，有機(jī)溶劑是體積比為8: 1的乙醇和異辛酸釔混合溶液， 鈦粉漿料的濃度為0.05g/ml，預(yù)制件中纖維的體積百分比為30%，鈦粉占預(yù)制 件體積的25%，在步驟二中超聲波振蕩7分鐘，在步驟五中模具預(yù)熱到60(TC， 將鋁合金熔化至900°C ，壓力為13MPa,保溫保壓40分鐘，在步驟六中均勻 化條件是800。C保溫10h 。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
十八(參見圖2)本實(shí)施方式制備一種石墨纖維增強(qiáng)金屬 間化合物復(fù)合材料圓筒形構(gòu)件，其步驟如下 一、參照構(gòu)件的形狀要求設(shè)計(jì)胎 模，包括芯模1和帶有通孔的外模2的形狀、尺寸和裝配方式，芯模1的材料 為石墨；二、用體積比為9: 1的乙醇和異辛酸釔混合溶液將粒徑為10pm鈦 粉混合調(diào)成濃度為0.06g/ml鈦粉漿料；三、將石墨纖維浸入鈦粉漿料中，超聲 波振蕩30分鐘制成預(yù)浸石墨纖維；四、將預(yù)浸石墨纖維纏繞在芯模1上，每 纏繞一層預(yù)浸石墨纖維均勻的涂一層鈦粉漿料，并使鈦粉充滿石墨纖維的間 隙，當(dāng)纏繞到零件厚度時自然干燥后，裝配上外模2、上壓板6和下壓板7， 上壓板6和下壓板7與芯模1用螺栓固定，壓緊制成預(yù)制件3;纖維增強(qiáng)體的 體積控制在預(yù)制件體積的20%，鈦粉體積占預(yù)制件體積的40%;五、將預(yù)制 件3裝入模具4內(nèi)預(yù)熱到630°C ，再將鋁或鋁合金熔化到79(TC后澆注到模具 4內(nèi)，通過壓頭8施加15MPa的壓力，使鋁液或鋁合金液體通過外模2上的 通孔浸滲到預(yù)制件3的鈦粉和纖維層的間隙之中，保溫保壓30分鐘后冷卻至 室溫，脫模，得到毛坯；六、將毛坯在55(TC進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散均勻化處理35h， 再車掉外部的鋁以及芯模1;即得到石墨纖維增強(qiáng)鈦鋁金屬間化合物復(fù)合材料 筒。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式在步驟五中鋁合金是含3%Mn和0.05%Fe 的鋁合金。其它與具體實(shí)施方式
十八相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十八不同的是制備過程中 纖維增強(qiáng)體為碳化硅纖維，鋁合金是含有0. 2%Cr的鋁合金，鈦粉的粒徑為 7pm，有機(jī)溶劑為體積比7: 1的乙醇和異辛酸稀土混合溶液，鈦粉漿料的濃 度為0.07g/ml，預(yù)制件3中纖維的體積分?jǐn)?shù)約為25%，鈦粉的體積分?jǐn)?shù)約為 50%，在步驟二中超聲波振蕩8分鐘，在步驟五中模具4預(yù)熱到58(TC，鋁合金熔化至840'C，壓力為8MPa，保溫保壓20分鐘，在步驟六中均勻化條件是 500°C，保溫40h。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十八不同的是制備過程 中纖維增強(qiáng)體為氧化鋁纖維，鋁合金是0.3MY和5%Nb的鋁合金，鈦粉的顆 粒直徑為6pm，有機(jī)溶劑是體積比為5: l的乙醇和甘油混合溶液，鈦粉漿料 的濃度為0.1g/ml，預(yù)制件3中纖維的體積分?jǐn)?shù)約為10%，鈦粉的體積分?jǐn)?shù)約 為70%，在步驟二中超聲波振蕩5分鐘，在步驟五中模具4預(yù)熱到60(TC，鋁 合金熔化至85(TC，壓力為7MPa，保溫保壓6分鐘，在步驟六中均勻化條件 是IIO(TC，保溫2h。
權(quán)利要求
1、一種纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料由鈦鋁金屬間化合物基體和纖維增強(qiáng)體組成；其中纖維增強(qiáng)體占復(fù)合材料體積的10％～60％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于 鈦鋁金屬間化合物基體是Ti3Al、 TiAl、 TiAl3中的一種或其中幾種的混合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于 纖維增強(qiáng)體為石墨長纖維、碳化硅長纖維、氧化鋁長纖維、石墨短纖維、碳化 硅短纖維、氧化鋁短纖維、石墨纖維織物、碳化硅纖維織物或氧化鋁纖維織物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于 纖維增強(qiáng)體占復(fù)合材料體積的30% 50%。
5、 權(quán)利要求1所述纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的制備成型方法，其 特征在于纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的制備成型方法由下述步驟實(shí)現(xiàn) 一、參照構(gòu)件的形狀要求設(shè)計(jì)并用石墨加工成胎模；二、用有機(jī)溶劑將鈦粉混 合調(diào)成濃度為0.02 lg/ml鈦粉漿料；三、將纖維增強(qiáng)體浸入鈦粉漿料中，制 成預(yù)浸纖維；四、將預(yù)浸纖維纏繞或鋪設(shè)或涂敷在芯模上，每纏繞或鋪設(shè)或涂 敷一層預(yù)浸纖維再補(bǔ)涂鈦粉漿料，使鈦粉充滿纖維間隙，當(dāng)纏繞或鋪設(shè)或涂敷 到零件厚度時胎具合模并壓實(shí)，制成預(yù)制件；五、將預(yù)制件裝入模具內(nèi)預(yù)熱到 580 700°C，再將純鋁或鋁合金熔化到78(TC 95(TC，澆注到模具內(nèi)，在5 20MPa條件下加壓浸滲，使鋁或鋁合金高溫溶液浸滲到預(yù)制件的鈦粉和纖維 增強(qiáng)體的空隙之中，保溫保壓5 120分鐘，再自然冷卻至室溫，脫模后得到毛 坯；六、將毛坯在550 110(TC進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散均勻化處理10 50小時，再車掉 外部的鋁以及芯模等部分；得到了具有預(yù)定形狀的復(fù)合材料構(gòu)件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的制備成型方 法，其特征在于在步驟一中在石墨胎模上鉆孔，孔的直徑為0.5 5mm，兩孔之 間的距離1 6mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的制備成型方 法，其特征在于在步驟二中鈦粉粒徑為3 15)im。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的制備成型方法，其特征在于在步驟二中有機(jī)溶劑為乙醇和甘油混合溶液，或者乙醇和異辛 酸稀土混合溶液；其中乙醇和甘油的體積比為10~3: 1，乙醇和異辛酸稀土的 體積比為10~3: 1。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的制備成型方 法，其特征在于在步驟四中纖維增強(qiáng)體的體積比控制在預(yù)制件體積的 10%~60%。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的制備成型方 法，其特征在于在步驟五中鈦和鋁的原子比為3~1/3: 1。
全文摘要
纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料及其制備成型的方法，它涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料及其制備成型的方法。它解決了現(xiàn)行纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料存在的加工設(shè)備復(fù)雜、成本高、雜質(zhì)含量高，以及長纖維增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料只能制成板材、圓盤等簡單形狀而無法付諸實(shí)際應(yīng)用的難題。本發(fā)明的復(fù)合材料由纖維增強(qiáng)體和鈦鋁金屬間化合物基體組成；方法如下一、胎模的設(shè)計(jì)、加工；二、鈦粉漿料的調(diào)制；三、預(yù)浸纖維制備；四、預(yù)制件制備；五、鋁及鋁合金浸滲反應(yīng)；六、鑄坯的均勻化處理。本發(fā)明的制備工藝簡捷、設(shè)備簡單、成本低、雜質(zhì)含量少，纖維損傷小，可保持其連續(xù)性并可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)、制造與構(gòu)件一體化成型。
文檔編號C22C49/02GK101225502SQ20081000362
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月19日
發(fā)明者劉艷梅, 姜國慶, 強(qiáng) 張, 武高輝, 茍華松 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)