[發明專利]一種纖維增強鈦基復合材料前驅體的制備方法

有效

• 申請號: 201210355662.1
• 申請日: 2012-09-23
• 公開（公告）號: CN102864397A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 李磊;盧亞鋒;楊義;曾立英;王耀
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C47/04
• 分類號: C22C47/04;C22C49/00;C23C14/35;C23C14/06;C23C14/18
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種纖維增強鈦基復合材料前驅體的制備方法。

背景技術

纖維增強鈦基復合材料具有比鈦合金更高的比強度和比模量，良好的耐高溫及抗蠕變、疲勞性能，可在高于600℃的環境下使用，被認為是下一代高推重比航空發動機的關鍵材料。目前，國內的纖維增強鈦基復合材料研發在基礎研究和制備技術方面都遠遠落后于世界水平，特別是在新型高性能阻隔層的開發和制備技術方面差距更大，因此，迫切需要開發具有高穩定性新型阻隔層的前驅體制備技術為途徑解決高性能纖維增強鈦基復合材料制備的技術問題。

在制備纖維增強鈦基復合材料的各種方法中，纖維涂層工藝是最具優勢的纖維增強鈦基復合材料的復合技術，即采用磁控濺射制備“纖維/阻隔層/鈦合金基體”結構的纖維增強鈦基復合材料的前驅體，該工藝制備的復合材料纖維分布最均勻，材料的各項性能指標最佳。在前驅體的制備過程中，阻隔層起著保護碳化硅纖維和調節纖維與基體的熱膨脹差異的作用，阻隔層的選擇和制備方法是決定前驅體結構和性能的主要因素，不同的阻隔層類型以及結構差異影響其阻隔效果，對材料的使用溫度以及使用壽命有著重要影響。

阻隔層的選擇主要考慮兩點：（1）高溫下（高溫指溫度為700℃～900℃）熱力學穩定，不與纖維絲和基體反應；（2）熱膨脹系數介于纖維與基體之間。目前阻隔層采用的多為C涂層、AlN涂層、Al₂O₃涂層、TiB₂涂層以及梯度涂層如C/Al₂O₃、C/AlN等，然而，這些涂層都會在高溫下與鈦合金基體發生反應，逐漸消耗阻隔層厚度，最終破壞到纖維絲，使材料失效。所以，為了提高材料的使用壽命，阻隔層的厚度都在1μm以上。

La₂Zr₂O₇是一種熱障涂層材料，具有高熔點、相穩定性高、耐腐蝕以及與高溫合金的結合力強的特點，而且其熱膨脹系數介于纖維與鈦合金基體之間，可以應用于纖維增強鈦基復合材料前驅體中的阻隔層。應用磁控濺射制備La₂Zr₂O₇阻隔層將有力地促進高穩定性新型阻隔層的前驅體制備技術的發展。

然而截至目前，尚未發現有關采用磁控濺射技術制備La₂Zr₂O₇阻隔層應用于纖維增強鈦基復合材料前驅體領域的研究見諸報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種工藝簡單、生產效率高、可重復性強的纖維增強鈦基復合材料前驅體的制備方法。該方法將鋯酸鑭作為阻隔層，可以有效地保護碳化硅纖維絲，并與碳化硅纖維絲和鈦合金都具有良好的結合性，界面緊密平整，高溫熱穩定性好；采用該方法制備的纖維增強鈦基復合材料前驅體表現出良好的界面性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種纖維增強鈦基復合材料前驅體的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、制備SiC_f/La₂Zr₂O₇絲：

步驟101、將鋯酸鑭、鈦合金和碳化硅纖維一起放入多靶磁控濺射儀的濺射室中，以鋯酸鑭為濺射靶材，以碳化硅纖維為基底材料；

步驟102、將濺射室抽真空至真空度為2×10^-5Pa～4×10^-5Pa，并將碳化硅纖維加熱至490℃～510℃，然后向濺射室中通入氬氣，在氬氣壓力為0.4Pa～0.6Pa、濺射功率為95W～105W的條件下進行磁控濺射處理，使鋯酸鑭濺射沉積于碳化硅纖維表面，得到SiC_f/La₂Zr₂O₇絲；

步驟二、制備纖維增強鈦基復合材料前驅體：

步驟201、以步驟101中所述鈦合金為濺射靶材，以步驟102中所述SiC_f/La₂Zr₂O₇絲為基底材料；