一种纤维增强Ti/Al层状复合材料及其制备方法与流程

文档序号:12099125阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种纤维增强Ti/Al层状复合材料,其特征在于纤维增强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。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料,其特征在于所述的纤维布层为T700系列3K双向斜纹碳纤维布、T700系列3K双向平纹碳纤维布、T700系列6K单向碳纤维布、M40J系列6K碳纤维单向编织布、表面镀铜的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布、高强碳化硅纤维单向布或高强碳化硅纤维双向布。

3.根据权利要求2所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料,其特征在于

当T700系列3K双向斜纹碳纤维布作为纤维布层时,相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列;

当T700系列6K单向碳纤维布作为纤维布层时,相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向垂直排列或纤维轴向呈45°交叉排列;

当M40J系列6K碳纤维单向编织布作为纤维布层时,相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列;

当表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布作为纤维布层时,相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向垂直排列;

当高强碳化硅纤维单向布作为纤维布层时,相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列。

4.如权利要求1所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法,其特征在于它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。

5.根据权利要求4所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法,其特征在于步骤一①中所述的钛箔为厚度为50μm~200μm的TA1合金箔材、厚度为50μm~200μm的TA2合金箔材、厚度为50μm~200μm的TC4钛合金箔材、厚度为50μm~200μm的TB5钛合金箔材或厚度为50μm~200μm的TB6钛合金箔材;步骤一②中所述的铝层为厚度为100μm~250μm的纯铝箔材、厚度为100μm~250μm的5052铝合金箔材、厚度为100μm~250μm的6061铝合金箔材、厚度为100μm~250μm的7076铝合金箔材或厚度为100μm~250μm的8011铝合金箔材。

6.根据权利要求4所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法,其特征在于步骤二中所述的纤维布为T700系列3K双向斜纹碳纤维布、T700系列3K双向平纹碳纤维布、T700系列6K单向碳纤维布或M40J系列6K碳纤维单向编织布;当T700系列3K双向斜纹碳纤维布作为纤维布时,步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列;当T700系列6K单向碳纤维布作为纤维布时,步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向垂直排列或纤维轴向呈45°交叉排列;当M40J系列6K碳纤维单向编织布作为纤维布时,步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列。

7.根据权利要求4所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法,其特征在于步骤二中对纤维布进行剪裁,得到干净纤维布;所述的纤维布为表面镀铜的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列3K碳纤维平纹双向布或表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布;当表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布作为纤维布时,步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向垂直排列。

8.如权利要求1所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法,其特征在于它是按以下步骤完成的:

一、表面清洗: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;步骤一中所述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;

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、制备浆料:将含铝粉末分散于质量分数为75%的酒精溶液中,采用超声分散法震荡1min~2min,制成含铝浆料;步骤三中所述的含铝粉末的质量与质量分数为75%的酒精溶液的体积比为50g:(125mL~300mL);步骤三中所述的含铝粉末为纯铝粉或硅合金粉,其中所述硅合金粉中Si的质量分数为12%;

四、涂覆:将含铝浆料涂覆在干净纤维布上表面和下表面,干净纤维布上表面涂覆厚度为1mm,干净纤维布下表面覆厚度为1mm,得到涂覆铝纤维布;

五、制备预制件:将涂覆铝纤维布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涂覆铝纤维布和干净钛箔;

六、包套:用厚度为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;

七、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。

9.根据权利要求1所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法,其特征在于步骤二中所述纤维布为高强碳化硅纤维单向布或高强碳化硅纤维双向布;

当高强碳化硅纤维单向布作为纤维布时,步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列。

10.根据权利要求1所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法,其特征在于步骤一中所述的钛箔为厚度为50μm~200μm的TA1合金箔材、厚度为50μm~200μm的TA2合金箔材、厚度为50μm~200μm的TC4钛合金箔材、厚度为50μm~200μm的TB5钛合金箔材或厚度为50μm~200μm的TB6钛合金箔材。

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