[实用新型]一种连续纤维增强金属基复合材料板带铸轧成型设备

说明书

技术领域

本实用新型属于金属基复合材料制备技术，具体涉及了一种连续纤维增强金属基复合材料板带铸轧成型设备。

背景技术

金属基复合材料（Metal Matrix Composites，MMC）的研究起步于20世纪60年代，与树脂基复合材料相比，金属基复合材料除了具有高比强度、高比模量和低热膨胀系数等特点外,还具有耐高温、横向强度和刚度高、高导热与导电率、抗辐射等优点，因而受到国内外研究者的高度重视，在航空、航天、军事、汽车、机械等领域显示出巨大的应用潜力。目前,MMC有铝基、镁基、钛基、高温合金基、镍基和铜基等多种材料。铝基复合材料除具有普通MMC优良性能外,还具有密度低、重量轻,制造工艺、设备相对简单，成本相对较低，可进行大规模批量生产等特点，倍受航空、航天部门的广泛关注。国外已有在卫星波导管、天线骨架、卫星桁架等对重量、强度、刚度要求很高的航天、航空部件应用的报导。

金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于金属基复合材料的制造工艺和方法，研究发展有效的金属基复合材料制造方法一直是金属基复合材料研究中最重要的问题之一。不同类型的金属基复合材料其制造方法上有很大差别，需要考虑金属基体和增强物类型、物理、化学相容性等。

为了保证金属基体有足够的流动性，使之充分渗透到增强材料之间的间隙中并与之复合，需要高的制造温度，在高温下增强材料与基体容易发生界面反应，也可能氧化，生成有害的反应产物。在纤维增强金属基复合材料中适当的界面结合强度是材料具有最高性能的保证，此时界面既能有效地传递载荷，又能有效地阻止裂纹的扩展，充分发挥纤维的作用。过强的界面结合可能使材料发生早期的低应力破坏，反应产物都呈脆性，在应力作用下往往首先断裂，成为裂纹源，引起复合材料的整体破坏。有些反应产物本身不稳定，容易分解造成界面分离。因此必须尽量控制界面脆性相的生成。

金属基体与增强材料之间浸润性差，甚至在制造温度下完全不浸润。增强材料与基体之间有很好的润湿性（即接触角小于90°），基体才能均匀覆盖于增强材料表面和渗入到增强材料的间隙之间，因此，这是得到性能良好的复合材料的前提。采用表面金属化方法可以有效改善纤维与金属基体间的界面结合问题。目前纤维表面金属化的方法很多，如电镀、化学镀、表面涂层、气相沉积等，其中化学镀是一种简单易行、效果良好的方法。

将增强材料按设计要求的含量、方向均匀分布于基体中是金属基复合材料制造时的另一困难，增强材料种类很多，有直径较粗的单丝、直径较细的集束纤维及其制品、短纤维、晶须、颗粒等。它们在尺寸、形状、物理化学热性能上有很大差别，应该针对各自的特点，使用合适的方法将其均匀分布于基体中。

近30年来，世界各国在金属基复合材料领域投入了大量人力物力，从材料的基体、增强粒子、微观组织、力学性能与断裂韧性等角度进行了许多基础和应用性研究，取得了显著的成绩，已掌握了多种成熟的制备工艺。连续纤维增强金属基复合材料的制造难度最大，将纤维以一定的含量、排列方向，分布在金属基体中，需要采用一些特殊的方法。如液态金属浸渍法、加压铸造法、固态扩散粘结等。而制造颗粒、晶须增强金属基复合材料相对容易一些，可选用现有常规冶金方法，如粉末冶金、铸造法、喷射沉积等方法来制备。

文献检索发现：有研究者利用超声波焊接技术将层间夹有连续纤维的片状金属复合制备成单块自由形状的零部件，运用此种技术制备连续纤维增强金属基复合材料能够最大限度的降低纤维的损害和变形，降低纤维与基体金属的界面反应，纤维和基体复合良好，其缺点为焊接金属不能太厚，需要加压，对工艺的要求较高。

中国发明专利“一种连续纤维增强金属基复合材料型材的制备方法”（专利号：201110253656.0）公布了一种纤维增强金属基复合材料制备方法，从其实施方法来看，很难实现对板材的连续自动化生成，工艺过程较复杂，制备时间长，不利于工业化批量生产，很难减低工艺成本。

中国发明专利“一种连续纤维增强金属基复合材料的制备方法”（专利号：201010588882.X）采用层叠技术制备连续纤维增强金属基复合材料，虽然其操作简便，容易实现工业规模生产，但由于其所选铜基底为水冷，使得喷吹出的金属液很快凝固，在利用挤压辊进行碾压时，很容易使纤维受损，降低其增强效果，反复碾压更会加大纤维受损伤程度。

中国发明专利“一种连续纤维增强金属基复合材料制备设备”（申请号：201210072358.6）并没有考虑到纤维与金属基间的浸润性，无法控制纤维与金属基体间为半固态结合，轧制过程中对纤维会造成损坏，无法控制纤维的体积百分含量。