專利名稱：復(fù)合材料用陶瓷纖維預(yù)制體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)就是提供了一種金屬基復(fù)合材料用陶瓷纖維預(yù)制體的制備方法。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)材料的需求也日益多樣化，例如，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，要求其第一道環(huán)槽有較其它部位更高的強(qiáng)度及耐磨性，解決這一問(wèn)題有效辦法之一就是，將陶瓷材料按所需增強(qiáng)部位的形狀制成預(yù)制件，放入模具中將液態(tài)金屬材料放入模具中擠壓，冷卻成型，從而使有預(yù)制件的部分形成金屬基復(fù)合材料，提高此部分的強(qiáng)度及耐磨性。因而要求此種預(yù)制體密度分布均勻，且有較強(qiáng)的高溫硬度，以防其在與液態(tài)金屬?gòu)?fù)合時(shí)變形。JP60-161400及JP60-204660中，曾有用陶瓷晶須制備預(yù)制體的報(bào)道，其基本過(guò)程是晶須在溶液中分散，同時(shí)加入一定量的高溫粘結(jié)劑，注模后氣壓下濾水、烘干，此種方法解決了密度分布均勻且在液擠壓過(guò)程中預(yù)制體不變形的問(wèn)題。但是由于陶瓷晶須較昂貴，并且由于粘結(jié)劑是在初始狀態(tài)下加入的，需加入相當(dāng)?shù)牧坎拍苁诡A(yù)制體中殘留足夠的粘結(jié)劑，另外其在整個(gè)制備過(guò)程中流失嚴(yán)重，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。為了降低成本，也有用陶瓷纖維制備預(yù)制體的，這就需要對(duì)陶瓷纖維進(jìn)行預(yù)先處理，即切割分散，而后排碴分選，一般所采用的纖維切割工藝均為攪打式，效率低，分散性差，需采用特殊的方式進(jìn)行分選，收率低。通常處理過(guò)的纖維較原纖維價(jià)格提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)復(fù)合材料用陶瓷纖維預(yù)制體的制備方法，可用廉價(jià)的陶瓷纖維生產(chǎn)出符合要求的預(yù)制體，且效率高、收率高，可避免不必要的浪費(fèi)，即提供一種過(guò)程更為合理可大規(guī)模生產(chǎn)化的工藝。
本發(fā)明的工藝過(guò)程大體上可分為兩步，纖維的預(yù)處理及預(yù)制體成型。具體過(guò)程如下首先對(duì)陶瓷纖維進(jìn)行切割分散再排碴分選，分選后的纖維分散于水中，注模，氣壓下濾水謙機(jī)械加壓成型，而后加入粘結(jié)劑，氣壓濾過(guò)，經(jīng)后處理最終得到所需的預(yù)制體。本工藝過(guò)程由于采用了成型后加入粘結(jié)劑的方式，可充分利用粘結(jié)劑避免了先前工藝成型過(guò)程中粘結(jié)劑的流失，另外，粘結(jié)劑在預(yù)制體中殘留的量可通過(guò)氣壓的大小及粘結(jié)劑的稀釋程度自行調(diào)解，用過(guò)的粘結(jié)劑回收容易，可反復(fù)使用，從而也降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明的另一個(gè)特征是，纖維的切割采用了錐型凸齒與錐型凹齒相對(duì)旋轉(zhuǎn)切割的方式，得到了尺寸均勻，分散性極好的纖維，經(jīng)此種方式切割處理后的纖維利用二級(jí)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(zhì)量的適用于復(fù)合材料預(yù)制體的陶瓷纖維，該方法工藝簡(jiǎn)單、效果好、效率高，收率也很高，處理后的纖維價(jià)格比較處理前的原纖維提高一倍左右。為了提高金屬基復(fù)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(tài)的，則需經(jīng)過(guò)950～1000℃的晶化處理。本發(fā)明中所使用的陶瓷纖維可以是硅酸鋁、氧化鋁、硼硅酸鋁等。高溫粘結(jié)劑可以為硅酸乙脂、硅溶膠、水玻璃、硼酸等。本發(fā)明中的后處理過(guò)程，取決于高溫粘結(jié)劑的性質(zhì)，如使用的是硅酸乙脂溶液，則處理過(guò)程需要水解及烘干固化。如使用的是水玻璃，則只需烘干即可。下面詳述實(shí)施例。
實(shí)施例1
從市場(chǎng)買(mǎi)來(lái)標(biāo)準(zhǔn)型硅酸鋁纖維Al2O3含量46～48%，價(jià)格2.5元/1kg，經(jīng)檢測(cè)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(fèi)爐中，在970℃大氣下晶化處理40分鐘，取出冷至室溫后放入水中，水與纖維之比為100kg/1kg，注入到上面提到的切割設(shè)備中進(jìn)行切割并分散，然后經(jīng)旋流器二級(jí)排碴分選即得到所需的硅酸鋁纖維，平均長(zhǎng)度0.5mm，碴球含量與纖維量之經(jīng)為3.5%。
實(shí)施例2實(shí)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(jī)械加壓，壓至所需密度，加入含10% SiO2的硅酸乙脂溶液40ml，使之浸滲并加2kg/cm2氣壓濾過(guò)。從模具中取出，得到纖維濕餅，然后將纖維濕餅在120℃下水解3小時(shí)在750℃焙燒固化1小時(shí)，即得到復(fù)合用的強(qiáng)化纖維預(yù)制塊，高20mm，直徑φ80mm，粘結(jié)劑殘余量與纖維預(yù)制塊體積比≤1%。
實(shí)施例3實(shí)施例2得到的纖維預(yù)制塊在700℃預(yù)熱后放到擠壓模中，將熔化的Al合金、ZL108注入模具中，然后擠壓，冷凝后取出，切開(kāi)后觀測(cè)纖維預(yù)制塊高20mm沒(méi)有壓縮變形。該復(fù)合材料與基體鋁合金相比，常溫模量提高25%，300℃時(shí)抗拉強(qiáng)度提高20%，硬度提高24%。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料用陶瓷纖維預(yù)制體的制備方法，由纖維的預(yù)處理及預(yù)制體成型兩步完成，其特征在于具體的工藝過(guò)程如下首先對(duì)陶瓷纖維進(jìn)行切割分散再排碴分選，分選后的纖維分散于水中，注模、氣壓下濾水，機(jī)械加壓成型；而后加入粘結(jié)劑，氣壓濾過(guò)，經(jīng)后處理最終得到所需的預(yù)制體。
2.按權(quán)利要求1所述的預(yù)制體制備方法，其特征在于，如果陶瓷纖維是玻璃態(tài)的，在進(jìn)行切割分散前應(yīng)經(jīng)過(guò)晶化處理，處理溫度在950～1000℃之間。
3.一種用于權(quán)利要求1、2所述的預(yù)制體制備方法的纖維切藝，其特征在于纖維切割采用了錐型凸齒與錐型凹齒相對(duì)旋轉(zhuǎn)切割的方式。
4.按權(quán)利要求3所述的纖維切割技術(shù)，其特征在于纖維切割后可利用二級(jí)以上旋流分選方式進(jìn)行分選;
5.按權(quán)利要求1、2所述預(yù)制體制備方法，其特征在于所用陶瓷纖維可以是硅酸鋁、氧化鋁、硼硅酸鋁等。
6.按權(quán)利要求1、2所述預(yù)制體制備方法，其特征在于所用高溫粘結(jié)劑可以為硅酸乙脂、硅溶膠、水玻璃、硼酸等。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域，即提供了一種復(fù)合材料用陶瓷纖維預(yù)制體的制備方法。本發(fā)明的特征之一是采用了先注模成型后加入粘結(jié)劑的生產(chǎn)工藝，特征之二是采用了錐形凸齒與錐形凹齒相對(duì)旋轉(zhuǎn)切割陶瓷纖維的方式。從而使得整體工藝過(guò)程更為合理，制造成本降低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/76GK1079425SQ9210622
公開(kāi)日1993年12月15日 申請(qǐng)日期1992年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月2日
發(fā)明者蘇國(guó)躍, 胡宛平, 楊永進(jìn) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所