[发明专利]SiC连续纤维增强钛基复合材料的制备方法及产品

说明书

本发明公开了一种SiC连续纤维增强钛基复合材料制备方法及产品，其包括以下步骤：将直径为10‑15um SiC连续纤维置于空气环境中进行热处理，接着以的SiC连续纤维为基材，通过磁控溅射将Al₂O₃溅射在SiC连续纤维表面，得到包覆了Al₂O₃涂层的SiC连续纤维；将钛或钛合金基体加热至熔融，得到熔融的钛或钛合金溶液；将包覆了Al₂O₃涂层的SiC连续纤维置于模具中，进行预热，并对模具抽真空；接着将熔融的钛或钛合金溶液压入模具中，保温，冷却，即得SiC连续纤维增强钛基复合材料。本发明采用细丝SiC连续纤维为增强基材，结合了磁控溅射技术和真空压力浸渍法，制备得到的SiC连续纤维增强钛基复合材料具有组织致密，力学性能强，界面稳定性能稳定，服役寿命长的优势。

技术领域

本发明属于钛基复合材料制备技术领域，具体涉及一种SiC连续纤维增强钛基复合材料的制备方法及产品。

背景技术

钛基复合材料(TMCs)是一类以钛合金为基体，含有分散增强体的复合材料，具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨、耐疲劳、尺寸稳定性好等一系列优异性能，是航空航天科技以及日常工业应用的理想结构材料。SiC纤维在耐高温、抗氧化、抗蠕变、抗拉强度以及与钛基体相容性方面等都表现出优异的综合性能，是增强钛基体的较理想的材料。与钛合金相比，SiC纤维增强钛合金具有高的强度性能和使用温度，比强度、比模量能够分别提高约50％和100％，最高使用温度可高达1100℃(目前钛合金的最高使用温度为550～600℃)。不仅能提高材料的使用温度和力学性能，同时也能显著改善材料的蠕变抗力和刚度，是获得高性能钛基复合材料的一种较为理想的增强体。

目前SiC纤维增强TMC材料的制备方法主要包含以下步骤：1)通过液相涂层或者磁控溅射的方法对SiC纤维进行涂层，得到复合材料的先驱丝，以降低SiC纤维与Ti基体的界面处的界面反应，延长TMC材料的服役寿命；2)将涂层后SiC纤维按一定间距定向均匀排列固定在Ti基金属箔片上，接着交替叠层成预制块，然后经真空热压复合，得到SiC纤维增强TMC材料。如专利CN 104404403 A“一种连续纤维增强钛基复合材料的制备方法”中，首先以铝或铝合金、钛或钛合金为靶材，连续SiC纤维为增强体，采用磁控溅射制作成在连续SiC纤维上沉积钛铝混合涂层和钛或钛合金涂层的钛-钛铝复合混杂先驱丝，然后将该先驱丝缠绕或铺排并置入钛合金基体结构中，经热压或热等静压复合得到连续纤维增强钛基复合材料。又如专利CN 102277544 A“一种强度可设计可焊接的SiCf/Ti基复合材料0/90°层合薄板及其制备方法”，首先以连续SiC纤维为基材，Ti合金为靶材，通过磁控溅射技术制备得到SiCf/Ti基复合材料先驱丝，接着将SiCf/Ti基复合材料先驱丝在层合薄板中以0/90°的铺层方式横纵交叉排布，然后经热压或静压复合得到可焊接的SiCf/Ti基复合材料。以上专利均采用较粗的SiC纤维，其直径在50-150um之间，由于其直径较大，其可编织性较低，对Ti复合材料的增强方式主要为单向增强，增强效果有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种致密、均匀、增强效果好的SiC连续纤维增强钛基复合材料的制备方法及产品，该方法能有效改善SiC连续纤维与金属基体材料之间界面稳定性能。

本发明这种SiC连续纤维增强钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将直径为10-15um SiC连续纤维置于空气环境中进行热处理，以该热处理后的SiC连续纤维为基材，通过磁控溅射将Al₂O₃溅射在SiC连续纤维表面，得到包覆了Al₂O₃涂层的SiC连续纤维；

2)将钛或钛合金基体加热至熔融，得到熔融的钛或钛合金溶液；