纖維增強金屬基復(fù)合材料的三維各向同性化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及維增強金屬基復(fù)合材料的三維各向同性化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維是一種高性能復(fù)合材料最常用的增強體，連續(xù)長纖維具有高比強度、高比模量，同時還具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能；將纖維與鋁合金復(fù)合制備成復(fù)合材料，具有高強輕質(zhì)、低熱膨脹和高導(dǎo)熱等優(yōu)異性能；滿足航空航天等結(jié)構(gòu)件的需求。
[0003]碳纖維在徑向方向熱膨脹系數(shù)很小，為(0.8?2.4) X KT6IT1,可以約束基體合金的變形，但其橫向方向上的熱膨脹系數(shù)為(17?20) X 1-6K-1,因此碳纖維增強金屬基復(fù)合材料是各向異性的，溫度變化時，其各方向尺寸變化不一致，將影響復(fù)合材料器件最終結(jié)構(gòu)尺寸和其使用的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有纖維增強金屬基復(fù)合材料橫向熱膨脹系數(shù)較高的問題，而提供了纖維增強金屬基復(fù)合材料的三維各向同性化的方法。
[0005]本發(fā)明纖維增強金屬基復(fù)合材料的三維各向同性化的方法具體是按以下步驟進行的:
[0006]一、將負膨脹粉末放入潔凈的燒杯中，向燒杯中加入酒精，并攪拌均勻，制成漿料；所述負膨脹粉末的質(zhì)量與酒精的體積比為Ig: (I?10)mL ;
[0007]二、將纖維制成纖維束或纖維布，然后將步驟一得到的漿料涂覆到纖維束或纖維布上，得到涂覆有漿料的纖維預(yù)制件；所述涂覆的具體操作是:①當為纖維束時，對纖維束進行纏繞，每纏繞一層纖維束后，涂覆一層步驟一得到的漿料，并揉搓均勻；②當為纖維布時，對纖維布進行鋪層，每鋪設(shè)一層纖維布后，涂覆一層步驟一得到的漿料，并揉搓均勻；所述纖維為碳纖維或SiC纖維；
[0008]三、將步驟二得到的涂覆有漿料的纖維預(yù)制件置于模具中進行定型，在坩禍中將輕金屬熔化，然后采用壓力浸透進行壓制，得到纖維增強金屬基復(fù)合材料；所述輕金屬為鋁、鋁合金、鎂或鎂合金；所述纖維增強金屬基復(fù)合材料中纖維的體積分數(shù)為45%?65% ;負膨脹粉末的體積分數(shù)為1%?10% ;所述輕金屬的體積分數(shù)為25%?54%。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
[0010]本發(fā)明通過涂刷、揉搓，均勻加入負膨脹粉末，降低纖維增強金屬基復(fù)合材料橫向熱膨脹系數(shù)，在單向纖維層間涂刷一定含量的負膨脹粉末制成的纖維單向增強的金屬基復(fù)合材料在橫向熱膨脹系數(shù)降低，在0°?90°方向上各向熱膨脹系數(shù)趨于一致，約為3X 10_6?4X 10 _6，并且本發(fā)明制備的纖維增強金屬基復(fù)合材料的幾何結(jié)構(gòu)尺寸隨溫度的變化很小或者基本不變，在航天器件結(jié)構(gòu)中的對各向同性要求較高的立體幾何構(gòu)件及平板中應(yīng)用具有很重要的應(yīng)用前景。
[0011]本發(fā)明制備的纖維增強金屬基復(fù)合材料纖維的體積分數(shù)低于未含有負膨脹粉末的纖維體積分數(shù)，且負膨脹粉末的加入含量很小就可以滿足降低復(fù)合材料橫向熱膨脹系數(shù)的要求。
[0012]本發(fā)明制備的纖維增強金屬基復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合性能，具有低密度、高比剛度和比強度、高導(dǎo)熱性能、各向同性且低熱膨脹等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1是實施例一得到的纖維增強金屬基復(fù)合材料的平面金相照片；
[0014]圖2是實施例一得到的纖維增強金屬基復(fù)合材料的垂直于纖維布平面的截面金相照片；
[0015]圖3是實施例一得到的纖維增強金屬基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)曲線。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:本實施方式的纖維增強金屬基復(fù)合材料的三維各向同性化的方法具體是按以下步驟進行的:
[0017]一、將負膨脹粉末放入潔凈的燒杯中，向燒杯中加入酒精，并攪拌均勻，制成漿料；所述負膨脹粉末的質(zhì)量與酒精的體積比為Ig: (I?10)mL ;
[0018]二、將纖維制成纖維束或纖維布，然后將步驟一得到的漿料涂覆到纖維束或纖維布上，得到涂覆有漿料的纖維預(yù)制件；所述涂覆的具體操作是:①當為纖維束時，對纖維束進行纏繞，每纏繞一層纖維束后，涂覆一層步驟一得到的漿料，并揉搓均勻；②當為纖維布時，對纖維布進行鋪層，每鋪設(shè)一層纖維布后，涂覆一層步驟一得到的漿料，并揉搓均勻；所述纖維為碳纖維或SiC纖維；
[0019]三、將步驟二得到的涂覆有漿料的纖維預(yù)制件置于模具中進行定型，在坩禍中將輕金屬熔化，然后采用壓力浸透進行壓制，得到纖維增強金屬基復(fù)合材料；所述輕金屬為鋁、鋁合金、鎂或鎂合金；所述纖維增強金屬基復(fù)合材料中纖維的體積分數(shù)為45%?65% ;負膨脹粉末的體積分數(shù)為1%?10% ;所述輕金屬的體積分數(shù)為25%?54%。
[0020]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述負膨脹粉末為鎢酸鋯、反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氮化合物、鉬酸釔、鋰霞石和鈦酸鉛中的一種或其中幾種的混合物；所述負膨脹粉末的粒度為100目?300目。其他與【具體實施方式】一相同。
[0021]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中所述負膨脹粉末的粒度為201目?250目。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0022]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟三中所述纖維增強金屬基復(fù)合材料中纖維的體積分數(shù)為60% ;負膨脹粉末的體積分數(shù)為10% ;所述輕金屬的體積分數(shù)為30%。其他與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0023]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟三中所述纖維增強金屬基復(fù)合材料中纖維的體積分數(shù)為50% ;負膨脹粉末的體積分數(shù)為10% ;所述輕金屬的體積分數(shù)為40 %。其他與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0024]通過以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果
[0025]實施例一:纖維增強金屬基復(fù)合材料的三維各向同性化的方法具體是按以下步驟進行的:
[0026]—、將1g負膨脹粉末放入潔凈的燒杯中，向燒杯中加入50mL酒精，并攪拌均勻，制成漿料；所述負膨脹粉末的粒