[发明专利]连续纤维增强金属基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及连续纤维增强金属基复合材料的制备方法。该方法包括：将连续增强体纤维与基体金属丝材交替织布，均匀编制成纤维和金属的混杂纤维布，并通过压缩空气将丙酮胶液喷洒于混杂纤维布上，将纤维固定；将纤维固定好的n层的混杂纤维布与n+1层基体金属箔材交替叠层的排布方式进行铺层，其中n≧1，获得多层结构的预制坯，该预制坯的最上层和最下层均为基体金属箔层；将预制坯置于真空加热炉中，升温至丙酮胶液的蒸发温度，使混杂纤维布中的丙酮胶液受热蒸发而除胶；在除胶后，快速升温至混杂纤维布与基体金属箔材的复合温度，并加压后保温保压，使纤维和金属的混杂纤维布与基体金属箔材复合，获得连续纤维增强金属基复合材料。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备技术领域，特别是涉及一种连续纤维增强金属基复合材料的制备方法。

背景技术

金属基复合材料是用金属基体与增强体复合而成的一类材料，通过与轻质高强的高性能增强体的复合，既保持金属基体原来的工作温度，同时又使复合材料的力学性能大幅提高，同树脂基复合材料相比，除高比强度、高比模量和低膨胀系数外，最大的优点是耐高温。

对于某些连续纤维增强复合材料来说(如连续纤维增强钛基复合材料)，制备难度较大，一般只能采用固相合成法，通过热压、热等静压等方法实现成型。目前对于这类材料，主要制备方法有箔-纤维-箔法、物理气相沉积法等。目前，出现在增强体纤维上电沉积金属基体，结合热压进行复合。采用激光熔覆手段将钛合金丝材沉积到SiC纤维、叠层铺设的纤维布或纤维增强体上等新制备方法。

传统箔-纤维-箔法适于制备规则形状的复合材料板材，但工艺难点在于复合材料中纤维排布的均匀性控制。当使用箔-纤维-箔法制备连续纤维增强复合材料时，金属基体与增强体纤维的复合是在一定温度压力下金属箔材发生大塑性变形挤入纤维间隙，并发生扩散连接的过程。复合所需压力较大，这就限制了此方法所制备复合材料的最大尺寸。而如采用激光熔覆手段将钛合金丝材沉积到SiC纤维、叠层铺设的纤维布或纤维增强体上等新制备方法相比箔-纤维-箔法，又都存在工艺复杂，周期长，成本高等问题，同样不适用于如飞行器蒙皮结构等大型复合材料结构件的制备。因此，现有的制备方法已经无法满足某些难制备连续纤维增强金属基复合材料低成本、高质量、大尺寸等制备需求。

因此，发明人提供了连续纤维增强金属基复合材料的制备方法。

发明内容

本发明实施例提供了连续纤维增强金属基复合材料的制备方法，通过将钛丝作为原材料，与SiC的增强体纤维交替排布形成SiC/Ti混杂纤维布，并与钛箔层交替叠层获得预制坯，进行真空热压复合成连续纤维增强金属基复合材料制备方法，解决了现有技术制备连续纤维增强金属基复合材料的纤维排布和最大尺寸问题。

本发明的实施例提出了一种连续纤维增强金属基复合材料的制备方法，该方法包括：

编布，将连续增强体纤维与基体金属丝材交替织布，均匀编制成纤维和金属的混杂纤维布，并通过压缩空气将丙酮胶液喷洒于所述混杂纤维布上，将纤维固定；

铺层，将纤维固定好的n层的混杂纤维布与n+1层基体金属箔材交替叠层的排布方式进行铺层，其中n≧1，获得多层结构的预制坯，该预制坯的最上层和最下层均为基体金属箔层；

除胶，将预制坯置于真空加热炉中，以预定温速升温至丙酮胶液的蒸发温度，使混杂纤维布中的丙酮胶液受热蒸发而除胶；

复合，在除胶后，快速升温至混杂纤维布与基体金属箔材的复合温度，并加压至预定的复合压强后保温保压，使纤维和金属的混杂纤维布与基体金属箔材复合，获得连续纤维增强金属基复合材料。

进一步地，所述增强体纤维采用SiC纤维，所述基体金属丝材采用钛丝，所述基体金属箔材采用钛箔。

进一步地，在所述编布的方法前包括，将钛箔层与SiC纤维置于超声波清洗仪中，并加入丙酮进行清洗，除去表面污渍，之后置于酒精中，去除残留的丙酮。