[發(fā)明專利]一種連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810064731.7
• 申請(qǐng)日: 2008-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN101314839A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武高輝;張?jiān)弃Q;陳國(guó)欽;修子揚(yáng);姜龍濤;張強(qiáng);康鵬超;茍華松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C47/08
• 分類號(hào): C22C47/08;C22C111/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 劉同恩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)方法。

背景技術(shù)

碳纖維、石墨纖維、碳化硅纖維等纖維增強(qiáng)鋁合金、鎂合金等金屬基復(fù)合材料是一種新型的結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度高、比剛度大、材料性能可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。但是纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法通常是逐層纏繞、逐層鋪層或二維編織成型，這種復(fù)合材料構(gòu)件具有固有的難以克服的各向異性的弱點(diǎn)：厚度方向的剛度和強(qiáng)度性能低、面內(nèi)剪切和層間剪切強(qiáng)度低、易分層、沖擊韌性和損傷容限水平低，這些是人們多年來一直希望解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決二維纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料構(gòu)件在厚度方向的剛度和強(qiáng)度性能低、面內(nèi)剪切和層間剪切強(qiáng)度低、易分層、沖擊韌性和損傷容限水平低的問題，提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)方法。

本發(fā)明的連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)方法是這樣完成的：將纖維預(yù)制件制備完成后，在纖維預(yù)制件中加入金屬絲，纖維預(yù)制件攜帶金屬絲通過加熱后進(jìn)行金屬液浸滲，冷卻后即完成對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：由于本發(fā)明的金屬絲是在纖維預(yù)制件制備完畢之后金屬液浸滲之前引入的，在后續(xù)的金屬液浸滲過程中，金屬絲將與液態(tài)基體金屬發(fā)生界面反應(yīng)，形成一定厚度的界面反應(yīng)層，金屬絲本身具有高強(qiáng)度高韌性而且與基體有較強(qiáng)的結(jié)合力，因而金屬絲的存在有效地增強(qiáng)了纖維復(fù)合材料層間或厚度等薄弱方向上的強(qiáng)度，提高了纖維復(fù)合材料的層間強(qiáng)度、沖擊韌性和損傷容限，有效地防止了復(fù)合材料分層開裂和剪切破壞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采用補(bǔ)強(qiáng)處理后的金屬基復(fù)合材料橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：將纖維預(yù)制件2制備完成后，在纖維預(yù)制件2中加入金屬絲1，纖維預(yù)制件2與復(fù)合材料基體3通過加熱進(jìn)行金屬液浸滲，冷卻后即完成對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)。這樣設(shè)計(jì)使高強(qiáng)度的金屬絲1與復(fù)合材料基體3形成強(qiáng)界面結(jié)合，提高了纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料厚度或?qū)娱g等薄弱方向上的性能。由于金屬絲1具有較高的剛度，可將其手工插入纖維預(yù)制件中，同時(shí)，纖維預(yù)制件中致密的纖維排布可使金屬絲固定在纖維預(yù)制件中，不發(fā)生脫落；該工藝方法操作簡(jiǎn)便，無需特殊設(shè)備，避免了復(fù)雜的三維編織工藝，節(jié)省了材料制備成本。金屬絲直徑和數(shù)量可根據(jù)所需層間剪切強(qiáng)度來調(diào)整，同時(shí)，該工藝不受纖維預(yù)制件的形狀及大小限制，適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)。金屬絲1與纖維長(zhǎng)度方向的夾角應(yīng)不小于10°。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式在纖維預(yù)制件2中的厚度方向插入金屬絲1。這樣設(shè)計(jì)使金屬絲1與復(fù)合材料基體3形成強(qiáng)界面結(jié)合，提高了纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料厚度或?qū)娱g等薄弱方向上的性能。由于金屬絲1具有較高的剛度，可將其手工插入纖維預(yù)制件中，同時(shí)，纖維預(yù)制件中致密的纖維排布可使金屬絲固定在纖維預(yù)制件中，不發(fā)生脫落。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的金屬絲1沿著纖維預(yù)制件的纖維層間的垂直方向插入。利用金屬絲本身高強(qiáng)度以及與復(fù)合材料基體發(fā)生強(qiáng)界面結(jié)合的物理特性，就像“釘釘子”一樣在金屬基復(fù)合材料纖維層間的垂直(薄弱)方向上“釘入”金屬絲，金屬絲的引入在纖維預(yù)制件二維鋪設(shè)之后，在鋪層的垂直方向上直接插入，由于在后續(xù)的金屬液浸滲過程中，金屬絲將與液態(tài)基體金屬發(fā)生界面反應(yīng)，形成一定厚度的界面反應(yīng)層4，導(dǎo)致金屬絲與基體有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合力，同時(shí)金屬絲的高強(qiáng)度有效地增強(qiáng)了復(fù)合材料薄弱方向上的力學(xué)性能，防止了復(fù)合材料分層開裂。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式在纖維預(yù)制件的多維縫合過程中將金屬絲1縫合進(jìn)去。傳統(tǒng)的三維縫合方法是在三維縫合織物增強(qiáng)體中纖維束或紗線貫穿材料的長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向，形成一個(gè)不分層的三維整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)因而從根本上消除了層合復(fù)合材料的“層”，解決了層合復(fù)合材料的缺陷，為復(fù)合材料應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件提供了廣闊的前景。隨著縫合技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)四向、五向、七向和十一向增強(qiáng)織物結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)三維縫合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由于其具有一系列無法替代的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域，但是從目前技術(shù)水平看，多向縫合預(yù)制件的縫合成本高、制備周期長(zhǎng)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)無法縫合，是其進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙。本發(fā)明在纖維多維縫合的過程中將金屬絲1縫合進(jìn)去，是為了在后續(xù)的金屬液浸滲過程中，金屬絲1能與液態(tài)基體金屬發(fā)生界面反應(yīng)，形成一定厚度的界面反應(yīng)層4，導(dǎo)致金屬絲與基體有較強(qiáng)的結(jié)合力，同時(shí)金屬絲的高強(qiáng)度有效地增強(qiáng)了復(fù)合材料薄弱方向上的力學(xué)性能，防止了復(fù)合材料分層開裂，同時(shí)解決了多向縫合預(yù)制件的縫合成本高、制備周期長(zhǎng)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)無法縫合的問題。