连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材、制备方法以及复合材料技术

本发明专利技术提供一种连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材、制备方法以及复合材料，所述连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材以金属粉末为基底，并在基底中加入连续SiC纤维丝，形成连续SiC纤维增强的金属基纤维丝材，其中，金属粉末通过粘结剂包裹于连续SiC纤维丝的表面，其中连续SiC纤维丝与金属基纤维丝材的质量百分为为25％‑28％。本发明专利技术将金属粉末与粘结剂混合，并且金属包裹连续碳化硅纤维的表面，降低熔融温度，其中金属粉末作为保护屏障，不仅避免了连续纤维的碳化，而且提高了复合材料的使用温度，提高复合材料的强度和韧性。

【技术实现步骤摘要】
连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材、制备方法以及复合材料
本专利技术涉及增材制造
，具体而言涉及一种连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材、制备方法、连续碳化硅纤维增强金属基复合材料以及增材制造方法。
技术介绍
连续碳化硅(SiC)纤维是一种多晶陶瓷纤维，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、防老化和力学性能优良等特性。由于其出色的性能被称为21世纪航空航天及高
应用的新材料，并广泛应用于增强聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料。传统制造纤维合金复合材料过程中，是将熔融的金属浇注在短纤维上，熔融金属冷却之后形成纤维合金复合材料。在这一过程中，不仅耗费能源、容易使纤维碳化，而且所形成的复合材料使用性能不佳。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术目的在于提供一种连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材以及制备方法，将金属粉末与粘结剂混合，并且金属包裹连续碳化硅纤维的表面，降低熔融温度，其中金属粉末作为保护屏障，不仅避免了连续纤维的碳化，而且提高了复合材料的使用温度。在整体上形成以金属粉末为基体，并在基体中加入连续SiC纤维的连续SiC纤维金属基纤维材料。本专利技术还提出一种使用增材制造的方式来制备连续纤维金属复合材料的方法，以及尤其制备得到的连续SiC纤维增强金属基复合材料。根据本专利技术目的第一方面提出一种连续SiC纤维增强金属基纤维丝材，所述连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材以金属粉末为基底，并在基底中加入连续SiC纤维丝，形成连续SiC纤维增强的金属基纤维丝材，其中，金属粉末通过粘结剂包裹于连续SiC纤维丝的表面，其中连续SiC纤维丝与金属基纤维丝材的质量百分为为25％-28％。优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PDVF)。根据本专利技术目的的第二方面还提出一种连续SiC纤维增强金属基纤维丝材的制备方法，包括以下步骤：步骤1、在惰性气体的保护环境中，装载金属粉末和粘结剂的混合物，加热使粘结剂熔融，通过温度调控将温度控制在预定温度范围内，形成粘结剂溶液和金属粉末的熔融态混合物；步骤2、将连续SiC纤维丝通过送丝机构传送到装有粘结剂和金属粉末的熔融态混合物的熔池中，进行铺覆：在粘结剂的作用下，连续SiC纤维丝在运动过程中在其表面粘附一层粘结剂和金属粉末的熔融态混合物，即在连续SiC纤维丝表面形成粘结剂和金属粉末的粘附层；步骤3、将带有粘结剂和金属的粘附层的连续SiC纤维丝通过送丝机构传送到熔池外，使用冷却装置进行冷却，形成连续SiC纤维金属结合物。优选地，前述的加热过程控制的年度温度在190℃-300℃。其中，在可选的实施例中所述方法还包括以下步骤：将附着粘结剂和金属粉末的连续SiC纤维丝经过滚筒缠绕，形成连续纤维卷。优选地，所述的粘附层为1层。优选地，其中的熔融态混合物中，金属粉末为钛合金粉末、高熵合金粉末或者高温合金粉末中的一种，粘结剂占熔融态混合物的质量百分比为1％-5％。根据本专利技术目的的第三方面还提出一种连续SiC纤维增强金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、以金属粉末为基底，在基底中加入连续SiC纤维丝，形成连续SiC纤维增强的金属基纤维丝材，其中，金属粉末通过粘结剂包裹于连续SiC纤维丝的表面，其中连续SiC纤维丝与金属基纤维丝材的质量百分为为25％-28％；步骤2、以连续SiC纤维增强的金属基纤维丝材为打印基材，按照设定打印程序进行打印成型，获得连续SiC纤维增强的金属基复合材料坯料；步骤3、对所述坯料进行一次烧结，脱除打印形成的坯料中的粘结剂；步骤4、对脱除粘结剂的坯料进行二次烧结，得到致密的连续SiC纤维增强的金属基复合材料。优选地，所述步骤3的一次烧结，烧结温度为300-500℃。优选地，所述二次烧结，烧结温度为800-1000℃，压力控制在5-10MPa。优选地，所述二次烧结，烧结收缩率控制啊在10-25％。根据本专利技术目的的第四方面还提出一种利用前述方法制备得到的连续SiC纤维增强的金属基复合材料。由以上方案可见，本专利技术通过连续碳化硅纤维增强金属基复合材料，其中金属材料包裹在碳化硅纤维丝的表面，形成连续碳化硅纤维增强金属纤维丝材，在此基础上进行增材制造制备金属基复合材料，提高复合材料的金属屈服强度、抗拉强度和延伸率性能。利用连续SiC纤维的高强度和韧性性能，将不同金属粉末例如高熵合金、钛合金和高温合金等粉末包裹在其表面上时，不仅可以防止其表面碳化，而且同时提高强度和韧性，此外，连续SiC纤维还有良好的抗蠕变性能，提高材料的使用寿命。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是本专利技术示例性实施例的连续SiC纤维增强金属基纤维丝材的制备系统的结构示意图。图2是本专利技术示例性实施例的连续SiC纤维增强金属基纤维丝材的纤维卷的示意图。图3是本专利技术示例性实施例的增材制造打印系统的示意图。图4是根据本专利技术示例性实施例的增材制造打印得到的复合材料坯料的示意图。图5是根据本专利技术示例性实施例的增材制造打印得到的复合材料的示意图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。结合图示，根据本专利技术示例性实施例提出一种连续SiC纤维增强金属基纤维丝材，用于增材制造打印的丝材，通过连续SiC纤维进行金属粉末基材料进行增强，形成连续SiC纤维增强金属基纤维丝材，提高丝材的韧性和强度，使得打印的复合材料既可以作为耐高温材料，可用作输送高温物质用的传送带、金属精炼、压延、焊接等作业的耐热帘，还可以作为耐腐蚀材料，用于航海领域的涂层、机体结构材料以及海防工程等。同时，基于联系碳化硅增强的特性，还可以作为纤维增强金属材料，在航天、航空、汽车工业等领域，可用于机体结构材料、结构零件、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续SiC纤维增强金属基纤维丝材，其特征在于，所述连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材以金属粉末为基底，并在基底中加入连续SiC纤维丝，形成连续SiC纤维增强的金属基纤维丝材，其中，金属粉末通过粘结剂包裹于连续SiC纤维丝的表面，其中连续SiC纤维丝与金属基纤维丝材的质量百分为为25％-28％。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续SiC纤维增强金属基纤维丝材，其特征在于，所述连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材以金属粉末为基底，并在基底中加入连续SiC纤维丝，形成连续SiC纤维增强的金属基纤维丝材，其中，金属粉末通过粘结剂包裹于连续SiC纤维丝的表面，其中连续SiC纤维丝与金属基纤维丝材的质量百分为为25％-28％。


2.根据权利要求1所述连续SiC纤维增强金属基纤维丝材，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。


3.一种权利要求1所述的连续SiC纤维增强金属基纤维丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在惰性气体的保护环境中，装载金属粉末和粘结剂的混合物，加热使粘结剂熔融，通过温度调控将温度控制在预定温度范围内，形成粘结剂溶液和金属粉末的熔融态混合物；
步骤2、将连续SiC纤维丝通过送丝机构传送到装有粘结剂和金属粉末的熔融态混合物的熔池中；在粘结剂的作用下，连续SiC纤维丝在运动过程中在其表面粘附一层粘结剂和金属粉末的熔融态混合物，即在连续SiC纤维丝表面形成粘结剂和金属粉末的粘附层；
步骤3、将带有粘结剂和金属粉末的粘附层的连续SiC纤维丝通过送丝机构传送到熔池外，使用冷却装置进行冷却，形成连续SiC纤维金属结合物。


4.根据权利要求3所述的连续SiC纤维增强金属基纤维丝材的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将附着粘结剂和金属粉末的连续SiC纤维丝经过滚筒缠绕，形成连续纤维卷。


5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙中刚，齐芳娟，陈小龙，张文书，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32