[發明專利]一種連續纖維增強鈦-鈦鋁混雜基體復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210465271.5
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102925825A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 侯紅亮;趙冰;姜波;任學平;曲海濤
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號: C22C47/00
• 分類號: C22C47/00;B32B15/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明金屬基復合材料，特別涉及一種連續纖維增強混雜金屬基復合材料的制備方法。

背景技術

隨著航空工業的迅速發展，高推重比航空發動機（>=12）成為研究熱點。為了提高航空發動機推重比，對結構材料提出了越來越高的要求：更高的比強度、比剛度，更優異的高溫性能（高溫強度、抗蠕變），更高的抗氧化、抗腐蝕性能。現有的鎳基高溫合金已經接近其極限使用溫度，且密度過高，已不能滿足高推重比發動機對結構材料的要求。連續SiC纖維增強鈦基、鈦鋁基復合材料具有較高的比強度和比剛度，較高的耐高溫和抗蠕變、抗氧化的能力，與基體相比較，綜合力學性能顯著提高，可以在減重的同時大大提高發動機的整體性能，因此成為最具發展前景的高推重比航空發動機的候選材料。

目前，制備連續SiC纖維增強鈦基復合材料的方法主要有以下幾種：

1、箔-纖維-箔法

箔-纖維-箔法的工藝過程如下：（1）基體加工成箔片；（2）纖維按一定間距排列，用有機粘結劑固定，制成纖維先驅帶；（3）基體箔片與纖維先驅帶交替疊層，形成預制塊；（4）真空熱壓復合。

箔-纖維-箔法是傳統的制備方法，其優點是方法簡單、微觀組織可控、化學成分準確、雜質含量低。其缺點是箔材價格高，SiC纖維固定困難，有機粘合劑易引起污染。

2、物理氣相沉積法

物理氣相沉積法法是通過物理加熱的方法使靶材蒸發形成離子束并沉積在基體上的一種方法，然后將帶涂層的纖維堆放在一起，經熱等靜壓成型。

物理氣相沉積法的優點是可以保證化學成分與靶材一致，氧含量低，可以精確控制復材中纖維的體積分數，且纖維排布規則，因此可獲得較高的復合材料性能。其缺點是材料利用率低和沉積速率低。

3、等離子噴涂法

該工藝利用等離子噴槍把熔融或者接近熔融狀態的鈦合金以微米級顆粒噴向纏繞有纖維的轉輪上，將冷凝之后形成的單層薄帶切割下來，多層疊放，然后熱壓或熱等靜壓制成復合材料。

等離子噴涂法可以較好的固定纖維，因而纖維分布均勻。但噴涂過程產生非均勻的微觀組織，且控制合金成分較難，同時熔融的合金液滴會損傷纖維。

4、液態模鍛法

液態模鍛法的工藝過程是先將纖維加入合適的粘合劑制成預制件，加入固定在壓力機上預熱到一定溫度的模具中，澆入液態金屬，隨即加壓，將液態金屬強行壓滲入纖維中，制成纖維增強金屬基復合材料。

此法生產效率高，成本低，可形成自動生產線，進行批量生產。缺點是成型過程易損壞纖維，影響復材性能。

現有技術不足及改進：

1.連續SiC纖維增強鈦基復合材料（TMCs）具有高比強度、高比剛度以及較好的高溫性能，被廣泛應用于航空發動機各零部件，但當使用溫度超過600℃時，連續SiC纖維增強鈦基復合材料（TMCs）的性能顯著下降。

2.鈦鋁金屬間化合物基復合材料（IMCs）具有優異的高溫強度、抗蠕變性能和抗氧化性能，但其較差的室溫塑性以及較低的抗裂紋擴展能力嚴重限制了其應用。

3.合金化法、熱加工法等傳統改善鈦鋁金屬間化合物塑性的方法，無法應用于制備連續SiC纖維增強鈦鋁金屬間化合物基復合材料。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足，提出一種連續纖維增強鈦-鈦鋁混雜基體復合材料的制備方法。

本發明的技術解決方案是，（1）加工用于磁控濺射的金屬靶材，采用高壓水切割或數控加工的方式加工出用作磁控濺射靶材的鈦或鈦合金板材和鋁或鋁合金板材；

（2）金屬靶材的表面化學清洗，去除用作磁控濺射靶材的金屬板材表面的污垢和氧化層；

（3）SiC纖維表面處理，將SiC纖維放入丙酮中進行超聲清洗，去除纖維表面的污垢；

（4）靶材安裝，在鼠籠式磁控濺射設備中安裝兩對平面對靶，其中，一對平面對靶是鈦或鈦合金靶材，另一對平面對靶是鋁或鋁合金靶材；

（5）纖維纏繞，將經過表面處理后的SiC纖維均勻纏繞在磁控濺射設備的鼠籠架上之后，將鼠籠架安裝到鼠籠式磁控濺射設備中的轉動軸上；