[发明专利]一种纤维增强Ti/Al层状复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti/Al层状复合材料及其制备方法。

背景技术

航空航天工业的快速发展，对高温结构材料的性能要求也越来越高，不仅要求耐高温和抗氧化性而且要求很高的比强度和比刚度等。碳纤维增强铝基复合材料，由于它密度小低，导电、导热性好，比模量高、比强度高，高温尺寸稳定性和高温强度好，在以航空航天为代表的众多领域得到普遍的应用。钛及钛合金所具有的低密度、高比强度、耐高温、耐腐蚀、无磁、透声、抗冲击振动等良好的综合性能，为钛及钛合金在各个工业领域开辟了广阔的应用前景。以层状形式将碳纤维增强复合材料与钛合金复合，可使两者的优势得到充分发挥，同时具备密度低、高强度、高弹性等优异性能，特殊的层状结构使得材料具有较强的抵御外力冲击能力。

目前，关于层状材料已进行了广泛的研究，主要包括真空热压法，多道次叠轧法，爆炸合成法等，利用这些制备工艺已经成功制备出了叠层复合材料并取得良好的效果。但是，这些工艺存在过程复杂，工艺控制困难；成本高，应用困难等缺点。另外，目前研究的层状材料以异种板材复合为主，通过板材之间的结合形成复合材料，因此材料的性能有限。

发明内容

本发明的目的要解决现有层状复合材料制备工艺复杂和力学性能低的问题，而提供一种纤维增强Ti/Al层状复合材料及其制备方法。

一种纤维增强Ti/Al层状复合材料由层状芯材和包套组成，所述的包套利用厚度为0.5mm～1mm的钛板或厚度为0.5mm～1mm的不锈钢板制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、纤维布层、铝层和钛层。

一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO₃混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L～0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净铝箔；

二、表面处理：将纤维布在300～400℃烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到干净纤维布；

三、制备预制件：将干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；

所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为干净铝箔、干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔；

四、包套：用厚度为0.5mm～1mm的钛板或厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10^-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；

五、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至550～700℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加10MPa～40MPa的压力，并在温度为550～700℃和压力为10MPa～40MPa下保温保压0.5h～2h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料；

步骤一①中所述HF/HNO₃混合溶液由HF、HNO₃和水混合而成，且HF/HNO₃混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO₃的浓度为0.1mol/L。

一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：