一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及碳化硅纤维增强钛基复合材料技术领域，且公开了一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料，包括以下重量份数配比的原料：55～70份微米Ti粉、10～25份微米SiCf粉、8～15份微米玻璃粉，其中，玻璃粉由平均粒径≤2.6um的30％wtBi2O3、20％wtB2O3、20％wtZnO、8％wtAl2O3、8％wtSiO2、14％wtMgO组成。本发明专利技术还公开了一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料的制备方法。本发明专利技术解决了现有技术中的SiCf/Ti基复合材料，在高温的使用环境下，Ti基体与碳化硅纤维脱粘后，无法实现自动粘合的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料及制备方法
本专利技术涉及碳化硅纤维增强钛基复合材料
，具体为一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料及制备方法。
技术介绍
碳化硅纤维增强钛基(SiCf/Ti)复合材料具有高比强度、高比刚度、优良的抗蠕变和抗疲劳性能，被认为是理想的轻质耐高温结构材料。在高推重比航空发动机(如压气机叶片、叶环和涡轮轴等)和超音速空天飞行器(如飞机蒙皮、加强筋等)中具有良好的应用前景，已成为高推重比航空发动机必须的关键新材料。钛元素化学性质活泼，在高温下易与纤维发生较强界面反应，而SiCf/Ti复合材料常在高温下采用真空压制方法成型，由此不可避免的增强相碳化硅纤维会与钛基体发生界面反应，生成脆性界面产物，随着界面反应加剧，碳化硅纤维与钛基体之间化学结合紧密，相应的界面强度提高。但是SiCf/Ti复合材料的界面反应不能太强，也不能太弱；界面反应太强，界面强度较高，钛基体中裂纹前端的应力集中不能引起碳化硅纤维脱粘，裂纹容易贯穿碳化硅纤维，使碳化硅纤维断裂，由于碳化硅纤维断裂吸收的能量远小于碳化硅纤维脱粘和拨出时吸收的能量，所以SiCf/Ti复合材料会呈现脆性；界面反应太弱，会导致界面强度偏低，SiCf/Ti复合材料在受力断裂过程中，碳化硅纤维容易发生脱粘、拨出，这将严重削弱SiCf/Ti复合材料的横向力学性能，极有可能会导致SiCf/Ti复合材料失效。为了获得合适的界面强度，阻止钛基体与碳化硅纤维之间发生严重的界面反应，通常会对碳化硅纤维表面进行涂层处理，以实现有效改善碳化硅纤维的浸润性与有效改善钛基体与碳化硅纤维之间过度的界面反应的技术目的，碳化硅纤维表面涂层可以与钛基体产生适度的反应，提高界面结合强度，同时也可阻止界面的过度反应，起着保护碳化硅纤维的作用，也可以改善碳化硅纤维与钛基体的化学相容性，另外涂层也能在界面提供一个过渡层，以缓和因碳化硅纤维和钛基体热膨胀系数和弹性模量等不同而产生的界面应力，以改善碳化硅纤维与钛基体的物理相容性。授权公告号为CN102031466B的专利技术专利公开了一种TiN涂层碳化硅纤维增强钛基复合材料及其制备方法，该TiN涂层有效地阻止碳化硅纤维与钛基体间的界面反应程度，有效抑制钛基体元素向碳化硅纤维的扩散，碳化硅纤维与钛基体不发生直接反应，复合材料的界面脱粘力Pmax为23～27N，小于无涂层碳化硅纤维增强钛基复合材料的Pmax为33～37N，得到的界面强度适中。尽管上述专利技术中的TiN涂层能够实现有效降低界面反应程度，得到适中的界面反应强度的技术效果，但是上述专利技术专利中的TiN涂层，在高温的使用环境下，极易与碳化硅纤维产生界面脱粘，且脱粘后无法实现与碳化硅纤维的自动粘合作用。本专利技术提供一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料及制备方法，旨在解决现有技术中的SiCf/Ti基复合材料，在高温的使用环境下，Ti基体与碳化硅纤维脱粘后，无法实现自动粘合的技术问题。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料及制备方法，解决了现有技术中的SiCf/Ti基复合材料，在高温的使用环境下，Ti基体与碳化硅纤维脱粘后，无法实现自动粘合的技术问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料，包括以下重量份数配比的原料：55～70份微米Ti粉、10～25份微米SiCf粉、8～15份微米玻璃粉。优选的，所述玻璃粉由平均粒径≤2.6um的30％wtBi2O3、20％wtB2O3、20％wtZnO、8％wtAl2O3、8％wtSiO2、14％wtMgO组成。一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S101.取55～70g平均粒度≤25um的Ti粉、10～25g平均粒度≤25um的SiCf粉、8～15g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，备用；其中，玻璃粉由3；S102.将步骤S101中的Ti粉与5份硅酸钠一起置于蒸馏水中，超声分散均匀；S103.将步骤S101中的SiCf粉与2份焦磷酸钠一起置于30mL蒸馏水中，超声分散均匀；S104.步骤S102中的Ti分散液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在600r/min的搅拌速率下，缓慢将步骤S103中的SiCf分散液滴加到反应器中，滴加完毕后，于800r/min下搅拌2h，之后，在温度120℃、搅拌速率300r/min下，将溶剂蒸发除去；S105.将步骤S101中的玻璃粉与步骤S104中的粉料加入到装有搅拌器的反应器中，在800r/min下，搅拌2h；S106.将步骤S105中的粉料装入等静压橡胶模具中，在150MPa压力下压制成型，以10℃/min的升温速率，升温至1750～1800℃，并于1750～1800℃、3～5MPa下保温4h，制备得到SiCf/Ti基复合材料。优选的，所述步骤S106中，升温至1800℃，并于1800℃、3MPa下保温4h。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：本专利技术在Ti基体和增强相SiCf之间增加玻璃粉粘结相，在高低温的变化过程中，玻璃粉粘结相能够通过自身的熔融固化作用来使Ti基体和增强相SiCf之间实现高温脱粘自粘合的技术目的；本专利技术制备的SiCf/Ti基复合材料，其拉伸强度为1795～1826MPa、屈服强度为1131～1178MPa；与对比例中制备出的SiCf/Ti基复合材料的拉伸强度1643MPa、屈服强度988MPa相比，取得了显著提高SiCf/Ti基复合材料的力学性能的技术效果。具体实施方式实施例一：上述SiCf/Ti基复合材料的制备方法包括以下步骤：S101.取55g平均粒度≤25um的Ti粉、25g平均粒度≤25um的SiCf粉、10g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，备用；其中，玻璃粉由30％wtBi2O3、20％wtB2O3、20％wtZnO、8％wtAl2O3、8％wtSiO2、14％wtMgO组成；S102.将步骤S101中的Ti粉与5g硅酸钠一起置于100mL蒸馏水中，超声分散均匀；S103.将步骤S101中的SiCf粉与2g焦磷酸钠一起置于30mL蒸馏水中，超声分散均匀；S104.步骤S102中的Ti分散液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在600r/min的搅拌速率下，缓慢将步骤S103中的SiCf分散液滴加到反应器中，滴加完毕后，于800r/min下搅拌2h，之后，在温度120℃、搅拌速率300r/min下，将溶剂蒸发除去；S105.将步骤S101中的玻璃粉与步骤S104中的粉料加入到装有搅拌器的反应器中，在800r/min下，搅拌2h；S106.将步骤S105中的粉料装入等静压橡胶模具中，在150MPa压力下压制成型，再置于预热温度为680℃的真空炉中，以10℃/min的升温速率，升温至1750℃，并于1800℃、3MPa下保温4h，之后以5℃/min的退火速率，降温至室温时取出，制备得到SiCf/Ti基复合材料。实施例二：上述SiCf/Ti基复合材料的制备方法包括以下步骤：S101.取70g平均粒度≤25um的Ti粉、10g平均粒度≤25um的SiCf粉、8g平均粒径≤2.6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：55～70份微米Ti粉、10～25份微米SiCf粉、8～15份微米玻璃粉。

【技术特征摘要】
1.一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：55～70份微米Ti粉、10～25份微米SiCf粉、8～15份微米玻璃粉。2.根据权利要求1所述的SiCfTi基复合材料，其特征在于，所述玻璃粉由平均粒径≤2.6um的30％wtBi2O3、20％wtB2O3、20％wtZnO、8％wtAl2O3、8％wtSiO2、14％wtMgO组成。3.一种高温脱粘自粘合的SiCfTi基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S101.取55～70g平均粒度≤25um的Ti粉、10～25g平均粒度≤25um的SiCf粉、8～15g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，备用；其中，玻璃粉由3；S102.将步骤S101中的Ti粉与5份硅酸钠一起置于蒸馏水中，超声分散均匀；S103.将步骤S101中的SiCf粉与2份焦磷酸钠一起置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶金旺，
申请(专利权)人：陶金旺，
类型：发明
国别省市：江西,36