复合材料用陶瓷纤维预制体的制备方法

苏国跃, 胡宛平, 杨永进

1993年12月15日

1992年6月2日

1992年6月2日

中国科学院金属研究所

C04B35/76GK1079425SQ9210622

陶瓷纤维 预制 复合材料 制备

1.一种复合材料用陶瓷纤维预制体的制备方法，由纤维的预处理及预制体成型两步完成，其特征在于具体的工艺过程如下首先对陶瓷纤维进行切割分散再排碴分选，分选后的纤维分散于水中，注模、气压下滤水，机械加压成型；而后加入粘结剂，气压滤过，经后处理最终得到所需的预制体2.按权利要求1所述的预制体制备方法，其特征在于，如果陶瓷纤维是玻璃态的，在进行切割分散前应经过晶化处理，处理温度在950～1000℃之间3.一种用于权利要求1、2所述的预制体制备方法的纤维切艺，其特征在于纤维切割采用了锥型凸齿与锥型凹齿相对旋转切割的方式4.按权利要求3所述的纤维切割技术，其特征在于纤维切割后可利用二级以上旋流分选方式进行分选;5.按权利要求1、2所述预制体制备方法，其特征在于所用陶瓷纤维可以是硅酸铝、氧化铝、硼硅酸铝等6.按权利要求1、2所述预制体制备方法，其特征在于所用高温粘结剂可以为硅酸乙脂、硅溶胶、水玻璃、硼酸等

本发明涉及金属基复合材料领域，具体地说就是提供了一种金属基复合材料用陶瓷纤维预制体的制备方法随着科学技术的进步，人们对材料的需求也日益多样化，例如，发动机活塞，要求其第一道环槽有较其它部位更高的强度及耐磨性，解决这一问题有效办法之一就是，将陶瓷材料按所需增强部位的形状制成预制件，放入模具中将液态金属材料放入模具中挤压，冷却成型，从而使有预制件的部分形成金属基复合材料，提高此部分的强度及耐磨性因而要求此种预制体密度分布均匀，且有较强的高温硬度，以防其在与液态金属复合时变形JP60-161400及JP60-204660中，曾有用陶瓷晶须制备预制体的报道，其基本过程是晶须在溶液中分散，同时加入一定量的高温粘结剂，注模后气压下滤水、烘干，此种方法解决了密度分布均匀且在液挤压过程中预制体不变形的问题但是由于陶瓷晶须较昂贵，并且由于粘结剂是在初始状态下加入的，需加入相当的量才能使预制体中残留足够的粘结剂，另外其在整个制备过程中流失严重，会造成不必要的浪费为了降低成本，也有用陶瓷纤维制备预制体的，这就需要对陶瓷纤维进行预先处理，即切割分散，而后排碴分选，一般所采用的纤维切割工艺均为搅打式，效率低，分散性差，需采用特殊的方式进行分选，收率低通常处理过的纤维较原纤维价格提高一个数量级本发明的目的在于提供一种生产复合材料用陶瓷纤维预制体的制备方法，可用廉价的陶瓷纤维生产出符合要求的预制体，且效率高、收率高，可避免不必要的浪费，即提供一种过程更为合理可大规模生产化的工艺本发明的工艺过程大体上可分为两步，纤维的预处理及预制体成型具体过程如下首先对陶瓷纤维进行切割分散再排碴分选，分选后的纤维分散于水中，注模，气压下滤水谦机械加压成型，而后加入粘结剂，气压滤过，经后处理最终得到所需的预制体本工艺过程由于采用了成型后加入粘结剂的方式，可充分利用粘结剂避免了先前工艺成型过程中粘结剂的流失，另外，粘结剂在预制体中残留的量可通过气压的大小及粘结剂的稀释程度自行调解，用过的粘结剂回收容易，可反复使用，从而也降低了生产成本本发明的另一个特征是，纤维的切割采用了锥型凸齿与锥型凹齿相对旋转切割的方式，得到了尺寸均匀，分散性极好的纤维，经此种方式切割处理后的纤维利用二级以上旋流分选即可将碴球及大尺寸纤维一同排出，从而获得高质量的适用于复合材料预制体的陶瓷纤维，该方法工艺简单、效果好、效率高，收率也很高，处理后的纤维价格比较处理前的原纤维提高一倍左右为了提高金属基复合材料的耐磨性，一般要求纤维的晶化率为30%左右，如果陶瓷纤维是玻璃态的，则需经过950～1000℃的晶化处理本发明中所使用的陶瓷纤维可以是硅酸铝、氧化铝、硼硅酸铝等高温粘结剂可以为硅酸乙脂、硅溶胶、水玻璃、硼酸等本发明中的后处理过程，取决于高温粘结剂的性质，如使用的是硅酸乙脂溶液，则处理过程需要水解及烘干固化如使用的是水玻璃，则只需烘干即可下面详述实施例实施例1从市场买来标准型硅酸铝纤维Al2O3含量46～48%，价格2.5元/1kg，经检测渣球含量与纤维量的重量比为43wt%把该纤维若干放入到马费炉中，在970℃大气下晶化处理40分钟，取出冷至室温后放入水中，水与纤维之比为100kg/1kg，注入到上面提到的切割设备中进行切割并分散，然后经旋流器二级排碴分选即得到所需的硅酸铝纤维，平均长度0.5mm，碴球含量与纤维量之经为3.5%实施例2实施例1中处理好的纤维20克放入1升水中，注入到φ80mm的筒状模具中，在气压4kg/cm2下迅速滤水，机械加压，压至所需密度，加入含10% SiO2的硅酸乙脂溶液40ml，使之浸渗并加2kg/cm2气压滤过从模具中取出，得到纤维湿饼，然后将纤维湿饼在120℃下水解3小时在750℃焙烧固化1小时，即得到复合用的强化纤维预制块，高20mm，直径φ80mm，粘结剂残余量与纤维预制块体积比≤1%实施例3实施例2得到的纤维预制块在700℃预热后放到挤压模中，将熔化的Al合金、ZL108注入模具中，然后挤压，冷凝后取出，切开后观测纤维预制块高20mm没有压缩变形该复合材料与基体铝合金相比，常温模量提高25%，300℃时抗拉强度提高20%，硬度提高24%