[发明专利]一种电磁成形装置及利用该装置制备纤维增强金属基复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种电磁成形装置及利用该装置制备纤维增强金属基复合材料的方法，所述电磁成形装置包括下压板(7)、线圈充放电装置、线圈固定装置、坩埚(10)、坩埚定位装置、凹模(13)及凹模紧固装置；所述坩埚定位装置包括用于承托坩埚(10)的坩埚固定板(5)，坩埚固定板(5)上设有内孔，内孔边缘与坩埚(10)外侧相适，坩埚定位装置用于控制坩埚的安装高度，使坩埚(10)底部与放电线圈(9)之间的间距为1‑3mm；所述凹模(13)为半圆柱形，开口向下，其下沿与坩埚(10)上沿可扣合形成密闭空间；所述凹模紧固装置用于固定凹模(13)，并向凹模(13)施加压力，使凹模(13)与坩埚(10)紧密扣合。

技术领域

本发明属于金属基复合材料加工成型技术领域，具体涉及一种电磁成形装置及利用该装置制备纤维增强金属基复合材料的方法。

背景技术

纤维增强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，还具有能耐更高温度、防燃、横向强度和刚度高、不吸潮、高导热与导电率，抗辐射性能好、在使用时不放出气体等优点，显示了树脂基复合材料不可比拟的特点，得到了国内外研究者的高度重视。

目前用于制备纤维增强金属基复合材料的金属有铝、铜、钛、镍等。使用增强用的纤维有硼纤维、碳化硅纤维、碳纤维及金属丝纤维等，纤维增强金属基复合材料的制备方法主要有挤压铸造法、扩散结合法、真空压力浸渗法等。挤压铸造，将纤维的预成型体放入金属模中，适当加热，加压浸入熔化的基体金属,在加高压下令其凝固，从而得到形状复杂的复合材料，此方法周期短，生产效率高。但此方法中若压力过大，则易损伤纤维；压力过小，则液态金属不易完全浸渗到纤维中。并且如果温度条件选择不恰当，熔化的基体金属会与纤维产生严重界面反应，损伤纤维。扩散结合法采用金属箔与经表面处理后的纤维丝或已制备好的复合材料丝或单向纤维排布的层合板按一定的要求层叠相压铺设到一定的厚度来制备复合材料预制件，在惰性气体保护下或高真空条件下，通过高温、高压使增强体纤维与基体合金结合成型，此方法制备复合材料设备成本高且工艺复杂，其实际应用受到很多的限制。真空压力浸渗法是将纤维预制件放入模具内，将装置真空密封，将预制件与金属基体分别加热到所需温度并保温后通过惰性气体施加压力，将液态金属压入碳纤维预制件中。此方法设备要求极高、制备的复合材料体积大小又受到真空设备大小的限制。

现有纤维增强金属基复合材料成形方法存在界面反应不易控制、纤维损伤或者制备成本高、设备和工艺复杂等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种电磁成形装置和利用该装置制备纤维增强金属基复合材料的方法，装置简单，利用该装置成形时间极短(达10^-5秒级)，解决了热压法需要长时间保压、生产效率不高的问题，另外由于金属液和纤维材料接触时间短，减轻了在压铸法中存在的界面反应问题，并且该方法仅需电磁成形设备和加热炉，工艺和设备成本相较真空压力浸渗法低。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种电磁成形装置，用于制备纤维增强金属基复合材料，所述电磁成形装置包括下压板7、线圈充放电装置、线圈固定装置、坩埚10、坩埚定位装置、凹模13及凹模紧固装置；

所述线圈充放电装置包括放电线圈9；

所述坩埚定位装置包括用于承托坩埚10的坩埚固定板5，坩埚固定板5上设有内孔，内孔边缘与坩埚10外侧相适，坩埚定位装置用于控制坩埚的安装高度，使坩埚10底部与放电线圈9之间的间距为1-3mm；

所述凹模13为半圆柱形，开口向下，其下沿与坩埚10上沿可扣合形成密闭空间；

所述凹模紧固装置用于固定凹模13，并向凹模13施加压力，使凹模13与坩埚10紧密扣合。

按上述方案，所述下压板7上设有圆柱形凹槽；