[发明专利]一种纤维增强金属基复合材料的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强金属基复合材料，具体涉及一种喷射沉积纤维增强金属基复合材料管材制备方法及设备。

背景技术

连续纤维增强金属基复合材料的制备方法可以分为三大种类，分别为固态法、液态法和涂层热压法。固态法将金属粉末或金属箔与纤维按设计要求以一定的含量、分布、方向混合排布在一起，再经加压、加热，将金属基体与增强物复合黏结在一起，形成复合材料。整个固态复合工艺过程处于较低的温度，金属基体与增强相均处于固态，各组成成分间的界面反应不严重。液态法是指基体金属处于熔融状态下与固态增强材料复合在一起的方法。液态法所适用的金属基体主要为较低熔点的材料，如镁、铝和锌合金等，对于熔点高的钛基和镍基复合材料应用较少。液态法可以分为液态渗透法、压力铸造法等。涂层法是将基体材料沉积或涂覆到增强纤维上，然后将带基体的纤维进行复合，从而制成致密的复合材料。

专利CN200710018342.6首先向预先处理的金属粉末与纤维的混合物中加入有机溶剂，混合均匀，蒸干有机溶剂,通过对模具加压将混合物压实,制备出具有预定外型的生坯,将制备的生坯放入真空或有惰性气体保护的高温炉中烧结获得梯度分布的纤维增强金属基梯度复合材料。专利CN201110253656.0公开了一种连续纤维增强金属基复合材料型材的制备方法：将连续纤维制成连续纤维预制体，并对该连续纤维预制体进行表面涂层处理，将连续纤维预制体浸入熔化的基体金属中浸渗处理，再采用成形模具对基体金属为固-液两相共存状态的复合材料进行成形处理制备金属基复合材料。专利CN200810064731.7将纤维预制件制备完成后，在纤维预制件中加入金属丝，纤维预制件与复合材料基体通过加热进行金属液浸渗，冷却后即完成对连续纤维增强金属基复合材料的补强。

以上方法具有各自的优势，但同时也存在一定局限性。固态法工艺复杂且难以制备大尺寸复合材料，浸渍法工艺也较复杂，且难以控制增强纤维与金属基体的界面反应，涂层法工艺也较复杂，受热作用时间长，不利于复合材料的性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一是提供一种采用纤维增强金属基复合材料的制备方法，实现基体合金与纤维网及沉积层的良好结合；

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种纤维增强金属基复合材料的制备方法，该制备方法包括，将铺设有纤维网的高温管型基底套于旋转轴上，旋转轴可带动纤维网及管型基底按角度旋转，通过旋转轴上方设置的可水平移动的高压雾化器实现熔融态的金属周期性水平方向喷射，通过熔融态的金属周期性的水平方向喷射间歇配合纤维网及管型基底的旋转，使熔融态的金属透过纤维网的网孔沉积在管型基底上，将纤维网与管型基底及其熔融态金属结合，获得纤维增强金属基复合材料。

所述纤维网为碳纤维网、碳化硅纤维网、氧化铝纤维网、氧化硅纤维网、氮化硅纤维布、氮化硼纤维，所述纤维网丝束为1000～2000根每束，网孔为5mm×5mm～10mm×1mm。

本发明的另一个目的是提供一种实现这种方法的装置及该装置的应用，该装置可实现纤维层之间的金属基底层的厚度控制，实现纤维均匀分布或者梯度纤维增强；

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种纤维增强金属基复合材料的制备装置，包括壳体、管型基底和纤维网，所述纤维网铺设于管型基底上，所述壳体下部加工有排气孔，其特征在于，在所述壳体内还安装有：旋转轴，所述旋转轴轴向长度小于管型基底的轴向长度；

加热器，用于加热旋转轴；坩锅，用于放置熔融态的金属；

高压雾化器，所述高压雾化器喷射孔处内置有喷嘴，喷嘴与喷射孔间隙配合采用环缝式气体雾化的方式，通过高压雾化气体在喷嘴出口端产生的负压将坩锅中熔融态的金属吸出；

所述坩埚带动高压雾化器可以实现水平移动。

所述管型基底套于旋转轴上，所述旋转轴横穿过壳体两侧，所述加热器设置于旋转轴上，所述坩锅设置于壳体上部，所述高压雾化器设置于坩埚下部并与坩埚连通。

所述喷嘴距纤维网的高度为150～300mm，喷嘴内径为3.0～4.5mm，高压雾化气体压力为0.6～0.8MPa，高压雾化器雾化锥角为25°～40°。

所述坩锅为石墨坩锅或者陶瓷坩埚，坩锅表面涂敷钝化层，所述钝化层为氧化锌涂层。

所述熔融态的金属的熔融时的温度高于金属熔点300～350℃。

所述坩埚带动高压雾化器进行水平移动通过电机驱动滑动式导轨装置实现，水平移动周期为15s～30s/次，所述滑动式导轨装置设置于壳体上部。