[发明专利]一种低成本大尺寸纤维增强钛基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供的低成本大尺寸纤维增强钛基复合材料由带涂层的连续增强纤维、钛基非晶凝固组织和钛合金组成。将选定的增强纤维铺放在带有单面凹槽的钛基母材箔板上，钛基母材箔板无凹槽一面铺放低熔点钛基合金箔带，根据需要的板材厚度，叠制成预制体，然后将预制体放置在热压炉内，施加一定的压力，加热至低熔点钛基合金箔带的熔点以上保温一段时间，然后降低到一定温度范围，保温一段时间，最后慢速冷却至室温，得到纤维增强钛基复合材料。该方法工艺简单、生产效率高，有助于低成本快速实现大尺寸纤维增强钛基复合材料的制备。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术，涉及一种连续纤维增强钛基复合材料制备方法。

背景技术

连续纤维增强钛基复合材料具有高比强度、比刚度、优良的抗蠕变和抗疲劳性能，被认为是理想的轻质结构材料之一。高超音速飞行器的蒙皮、加强筋以及高推比航空发动机的压气机叶片、叶环、涡轮轴和静子叶片等部件中具有良好的应用前景，已经成为高超音速飞行器和新一代航空发动机与飞机的关键新材料之一。

目前制备纤维增强钛基复合材料及其构件的主要方法有：

(1)箔—纤维—箔法：将纤维逐根用金属丝或条带交叉编织,或用有机粘接剂将纤维固定在钛合金箔上，然后将钛合金箔与编织好的纤维逐层叠放,经真空热压或热等静压成形，箔—纤维—箔法是传统的制备方法,其优点为:微观组织可控,化学成分准确。缺点是:层与层之间纤维的排布空间分布不均匀，制造过程需要较大压力，容易使钛合金箔产生开裂,大尺寸零部件制备困难，钛合金箔层之间容易存在未焊合。

(2)浆料带铸造法：将钛合金粉末和有机粘接剂混合并涂在平行排列的纤维上做为前驱体,多层叠放并经真空热压或热等静压成型，在成型前用真空除气法去除有机粘接剂，浆料带铸造法简单易行,但其缺点是：钛合金粉末中容易含有较高的氧,控制不当对钛基复合材料钛合金母材基体的性能产生不利影响，有机粘接剂去除过程中容易使纤维发生移动导致制造的复合材料中纤维分布不均等。

(3)等离子喷涂法：采用高温等离子喷涂的方法将钛合金粉末喷涂在纤维上形成单层薄带，截断多层叠放，然后采用热压或热等静压成型。等离子喷涂法可以较好的固定纤维,纤维的排布较为均匀，但等离子喷涂容易产生非均匀的微观组织，形成的熔融钛合金液滴会损伤纤维，控制合金成分较难。

(4)纤维涂层法：采用物理气相沉积法将基体母材钛合金作为沉积材料，均匀地沉积在单根纤维上，之后将带有沉积钛合金的纤维按需求堆排、封装后热压成型，纤维涂层法可以获得纤维体积分数高的复合材料，纤维体积分数控制比较精准；纤维分布均匀，几乎不会发生纤维接触聚集现象，纤维不易损伤。纤维涂层法中使用的物理气相沉积法工艺又可以分为电子束蒸涂法、三极管溅射法和磁控溅射法。纤维涂层法:的主要缺点是电子束蒸涂法沉积的涂层成分难以控制，金属利用率低；三极管溅射法和磁控溅射法的沉积速度慢。

现有技术中，制备连续纤维增强钛基复合材料的方法，在成形过程中需要较大的压力、升降温速度较慢，成形温度高、成形时间长，容易导致纤维与钛合金基体发生反应，形成较厚的反应层，同时长时间保温容易引发钛合金晶粒长大，严重降低了钛合金基体的性能，影响了材料使用性能，制备过程中需要较大的压力，限制了大尺寸纤维增强钛基复合材料制备。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明目的是为了解决大尺寸纤维增强钛基复合材料制备成本高、制备难度大、制备过程复杂等问题。

(2)技术方案