複合材料用陶瓷纖維預製體的製備方法

2023-05-02 14:33:36 2

專利名稱：複合材料用陶瓷纖維預製體的製備方法
技術領域：
本發明涉及金屬基複合材料領域，具體地說就是提供了一種金屬基複合材料用陶瓷纖維預製體的製備方法。
隨著科學技術的進步，人們對材料的需求也日益多樣化，例如，發動機活塞，要求其第一道環槽有較其它部位更高的強度及耐磨性，解決這一問題有效辦法之一就是，將陶瓷材料按所需增強部位的形狀製成預製件，放入模具中將液態金屬材料放入模具中擠壓，冷卻成型，從而使有預製件的部分形成金屬基複合材料，提高此部分的強度及耐磨性。因而要求此種預製體密度分布均勻，且有較強的高溫硬度，以防其在與液態金屬複合時變形。JP60-161400及JP60-204660中，曾有用陶瓷晶須製備預製體的報導，其基本過程是晶須在溶液中分散，同時加入一定量的高溫粘結劑，注模後氣壓下濾水、烘乾，此種方法解決了密度分布均勻且在液擠壓過程中預製體不變形的問題。但是由於陶瓷晶須較昂貴，並且由於粘結劑是在初始狀態下加入的，需加入相當的量才能使預製體中殘留足夠的粘結劑，另外其在整個製備過程中流失嚴重，會造成不必要的浪費。為了降低成本，也有用陶瓷纖維製備預製體的，這就需要對陶瓷纖維進行預先處理，即切割分散，而後排碴分選，一般所採用的纖維切割工藝均為攪打式，效率低，分散性差，需採用特殊的方式進行分選，收率低。通常處理過的纖維較原纖維價格提高一個數量級。
本發明的目的在於提供一種生產複合材料用陶瓷纖維預製體的製備方法，可用廉價的陶瓷纖維生產出符合要求的預製體，且效率高、收率高，可避免不必要的浪費，即提供一種過程更為合理可大規模生產化的工藝。
本發明的工藝過程大體上可分為兩步，纖維的預處理及預製體成型。具體過程如下首先對陶瓷纖維進行切割分散再排碴分選，分選後的纖維分散於水中，注模，氣壓下濾水謙機械加壓成型，而後加入粘結劑，氣壓濾過，經後處理最終得到所需的預製體。本工藝過程由於採用了成型後加入粘結劑的方式，可充分利用粘結劑避免了先前工藝成型過程中粘結劑的流失，另外，粘結劑在預製體中殘留的量可通過氣壓的大小及粘結劑的稀釋程度自行調解，用過的粘結劑回收容易，可反覆使用，從而也降低了生產成本。本發明的另一個特徵是，纖維的切割採用了錐型凸齒與錐型凹齒相對旋轉切割的方式，得到了尺寸均勻，分散性極好的纖維，經此種方式切割處理後的纖維利用二級以上旋流分選即可將碴球及大尺寸纖維一同排出，從而獲得高質量的適用於複合材料預製體的陶瓷纖維，該方法工藝簡單、效果好、效率高，收率也很高，處理後的纖維價格比較處理前的原纖維提高一倍左右。為了提高金屬基複合材料的耐磨性，一般要求纖維的晶化率為30%左右，如果陶瓷纖維是玻璃態的，則需經過950～1000℃的晶化處理。本發明中所使用的陶瓷纖維可以是矽酸鋁、氧化鋁、硼矽酸鋁等。高溫粘結劑可以為矽酸乙脂、矽溶膠、水玻璃、硼酸等。本發明中的後處理過程，取決於高溫粘結劑的性質，如使用的是矽酸乙脂溶液，則處理過程需要水解及烘乾固化。如使用的是水玻璃，則只需烘乾即可。下面詳述實施例。
實施例1
從市場買來標準型矽酸鋁纖維Al2O3含量46～48%，價格2.5元/1kg，經檢測渣球含量與纖維量的重量比為43wt%。把該纖維若干放入到馬費爐中，在970℃大氣下晶化處理40分鐘，取出冷至室溫後放入水中，水與纖維之比為100kg/1kg，注入到上面提到的切割設備中進行切割並分散，然後經旋流器二級排碴分選即得到所需的矽酸鋁纖維，平均長度0.5mm，碴球含量與纖維量之經為3.5%。
實施例2實施例1中處理好的纖維20克放入1升水中，注入到φ80mm的筒狀模具中，在氣壓4kg/cm2下迅速濾水，機械加壓，壓至所需密度，加入含10% SiO2的矽酸乙脂溶液40ml，使之浸滲並加2kg/cm2氣壓濾過。從模具中取出，得到纖維溼餅，然後將纖維溼餅在120℃下水解3小時在750℃焙燒固化1小時，即得到複合用的強化纖維預製塊，高20mm，直徑φ80mm，粘結劑殘餘量與纖維預製塊體積比≤1%。
實施例3實施例2得到的纖維預製塊在700℃預熱後放到擠壓模中，將熔化的Al合金、ZL108注入模具中，然後擠壓，冷凝後取出，切開後觀測纖維預製塊高20mm沒有壓縮變形。該複合材料與基體鋁合金相比，常溫模量提高25%，300℃時抗拉強度提高20%，硬度提高24%。
權利要求
1.一種複合材料用陶瓷纖維預製體的製備方法，由纖維的預處理及預製體成型兩步完成，其特徵在於具體的工藝過程如下首先對陶瓷纖維進行切割分散再排碴分選，分選後的纖維分散於水中，注模、氣壓下濾水，機械加壓成型；而後加入粘結劑，氣壓濾過，經後處理最終得到所需的預製體。
2.按權利要求1所述的預製體製備方法，其特徵在於，如果陶瓷纖維是玻璃態的，在進行切割分散前應經過晶化處理，處理溫度在950～1000℃之間。
3.一種用於權利要求1、2所述的預製體製備方法的纖維切藝，其特徵在於纖維切割採用了錐型凸齒與錐型凹齒相對旋轉切割的方式。
4.按權利要求3所述的纖維切割技術，其特徵在於纖維切割後可利用二級以上旋流分選方式進行分選;
5.按權利要求1、2所述預製體製備方法，其特徵在於所用陶瓷纖維可以是矽酸鋁、氧化鋁、硼矽酸鋁等。
6.按權利要求1、2所述預製體製備方法，其特徵在於所用高溫粘結劑可以為矽酸乙脂、矽溶膠、水玻璃、硼酸等。
全文摘要
本發明涉及金屬基複合材料領域，即提供了一種複合材料用陶瓷纖維預製體的製備方法。本發明的特徵之一是採用了先注模成型後加入粘結劑的生產工藝，特徵之二是採用了錐形凸齒與錐形凹齒相對旋轉切割陶瓷纖維的方式。從而使得整體工藝過程更為合理，製造成本降低，適合於工業化生產。
文檔編號C04B35/76GK1079425SQ9210622
公開日1993年12月15日 申請日期1992年6月2日 優先權日1992年6月2日
發明者蘇國躍, 胡宛平, 楊永進 申請人:中國科學院金屬研究所