一种Al₂O₃短纤维增强复合材料预制件的制备方法

专利名称：一种Al₂O₃短纤维增强复合材料预制件的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种挤压铸造成型法制备复合材料技术领域，尤其涉及Al2 03短纤维 增强复合材料预制件的制备方法和工艺。
背景技术：
挤压铸造成型法是将处于液态或半固态的熔体在压力作用下充满铸型，凝固和结晶 的铸造工艺方法。其特点是在零件成形和凝固过程中，铸形加压部分或冲头处于可移动 状态，使零件在压力下结晶并产生一定的变形，获得细小致密的组织和较高的力学性能。
采用挤压铸造成型制备A1203短纤维增强复合材料时，首先将增强纤维预制成一定 形状的纤维预制件，将制作好的纤维预制件预置在成型模具型腔中，再通过模具冲头直 接将基体合金熔液加压渗入预制件的空隙形成复合材料。
从国内采购的Al203短纤维是棉絮的，纤维长短不一，而且渣球较多，不能直接用 于制备复合材料预制件。因此，制作预制件之前必须进行纤维的预处理，即将长度不一、
杂乱排列的Al203短纤维粉碎到所需要的长度，国内通常采用机械压碎法，将短纤维装
在模具中加压，由于纤维较脆，在压力下被粉碎。这种方法虽然简单，但是由于装模时 候不能使杂乱的短纤维均匀分布，实际操作中堆积密度较高的部分在压力下破损得很厉 害，而堆积密度较低部分受压力小，纤维破碎就不完善，导致粉碎后纤维长短相差大， 难以控制，且粉碎时纤维飞扬，工作条件十分恶劣。
A1203短纤维预制件成型质量的好坏是影响复合材料性能的关键因素之一。国内、 外有些单位通常预制件的方法是将压碎预处理后的纤维放入水中搅拌，加入一定量的粘 结剂，混合均匀后，浇入预制件模具中，将水慢慢渗出，等到有一定强度时取出风千， 然后再烘烤、加工。这样制成的预制件松紧率难以控制，而且制造周期很长，形状不规 则，加工量大，制造成本高，并且难以满足批量生产条件下的需要。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术所存在的AI203短纤维预制件制造周期 长，形状不规则，加工量大，制造成本高，并且难以满足批量生产的缺点，提供一种制 造周期短，形状规则，少加工或无加工，制造成本低，并且满足批量生产要求的A1203
3短纤维增强复合材料预制件的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种A1203短纤维增强复合材料预 制件的制备方法，其特征在于步骤为
(1) Al203短纤维的预处理将Al203短纤维放入机械液体粉碎装置中，加入水， 进行搅拌粉碎和清洗，然后排水，再加入水进行搅拌粉碎和清洗，重复多次，最后捞出；
(2) A1203短纤维的烘干处理将预处理后的A1203短纤维放入烘箱中烘烤，温度 150-200摄氏度，时间15~20小时；
(3) Al203短纤维预制件制作将Al203短纤维和粘结剂以质量比1: 4~5比例，搅 拌均匀，倒入到预制件的模具型腔中，合模加压，抽真空方式抽去部分水和粘结剂，合
模加压压强20Mpa 30Mpa，保压时间15 30秒，真空度1 X 10—2Pa以上，开模取件；
(4) Al203短纤维预制件烘干处理烘千温度150~200摄氏度，烘干时间15-20小
时；
(5) 八1203短纤维预制件打磨处理经过机械打磨，获得A1203短纤维增强复合材 料预制件。
所述的预处理步骤中八1203短纤维和水质量比为1: 9~11。
所述的预处理步骤中重复多次采用2~3次。
所述的预处理步骤中搅拌速度采用80r/min~100r/min,搅拌时间20min 40min，搅拌 后需要静置10 15min。
所述的粘结剂采用硅溶胶。
所述的预处理步骤中机械液体粉碎装置是主轴从下而上设置主叶片和辅助叶片，对 应地，设置在固定轴上的固定叶片，在主轴外周，静止不动，并与辅助叶片配合。 所述的A1203短纤维规格范围直径小于2微米。 与现有技术相比，本发明的优点在于
在纤维预处理技术方面，采用机械液体粉碎法，设计了短纤维机械液体粉碎装置， 解决了纤维定长技术，提高生产效率，降低了制造成本，消除了环境污染。
在纤维制作过程中，采用抽真空压滤的方法制作纤维预制件，纤维预制件的轮廓尺 寸和空隙率容易控制，形状规则，机械加工量显著降低，可以实现少加工和无加工，提 高生产效率，降低了制造成本。


图1是本发明八1203短纤维机械液体粉碎装置示意图； 图2是本发明Al203短纤维预制件的制作工艺流程图。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。 具体实施实例1:
(1)、 Al203短纤维预处理将Al203短纤维放入到机械液体粉碎装置的搅拌筒6
中，加入八1203短纤维重量9倍的水，开启电机，将电机转速调至80r/min，主轴1带动 主叶片5和辅助叶片3旋转，固定轴4设置固定叶片2，静止不动，厶1203短纤维在主 轴l、主叶片5、辅助叶片3、固定轴4、固定叶片2共同作用下，对八1203短纤维进行 粉碎，搅拌20min，静置10min，排去水，再加入自来水清洗，重复两次，将A1203短 纤维捞出放入干净的盘子中。
其中机械液体粉碎装置见图1，其是主轴1从下而上设置主叶片5和辅助叶片3， 对应地，设置在固定轴4上的固定叶片2，在主轴1外周，静止不动，并与辅助叶片3 配合。
(2) A1203短纤维的烘干处理将预处理后的A1203短纤维放入烘箱中烘烤，温度 150摄氏度，时间15小时;
(3) A1203短纤维预制件制作首先将经过预处理粉碎和烘干后的纤维，根据预制 件的形状尺寸和选用的空隙率，计算预制件所需要的Al203短纤维质量M，按照计算的 质量，将称好的Al203短纤维倒入到烧杯中，再加入已经混合均匀的粘结剂，其八1203 短纤维和粘结剂以质量比1: 4比例，搅拌均匀，倒入到预制件的模具型腔中，合模加
压，抽真空方式抽去部分水和粘结剂，合模加压压强20Mpa，保压时间15秒，真空度 1 X 10,a以上，开模取件；
(4) 八1203短纤维预制件烘干处理烘干温度150摄氏度，烘干时间15小时；
(5) Al203短纤维预制件打磨处理经过机械打磨，获得A1203短纤维增强复合材
料预制件。
采用该方法和工艺制得A1203短纤维增强复合材料预制件，经过挤压铸造渗铝即可
获得Al203短纤维增强复合材料，制得复合材料短纤维混合均匀，无缠团现象，复合材
料中铝液与Al203短纤维增强材料结合良好、室温抗拉强度达到280MPa以上，并具有 良好的耐磨性能。
具体实施实例2:
(1)、 Al203短纤维预处理将Al203短纤维放入到机械液体粉碎装置的搅拌筒6
中，加入八1203短纤维重量10倍的水，开启电机，将电机转速调至卯r/min，主轴1带 动主叶片5和辅助叶片3旋转，固定轴4设置固定叶片2，静止不动，八1203短纤维在 主轴l、主叶片5、辅助叶片3、固定轴4、固定叶片2共同作用下，对Al203短纤维进 行粉碎，搅拌30min，静置15min，排去水，再加入自来水清洗，重复两次，将A1203
5短纤维捞出放入干净的盘子中。
(2) A1203短纤维的烘干处理将预处理后的Al203短纤维放入烘箱中烘烤，温度 180摄氏度，时间18小时；
(3) Al203短纤维预制件制作首先将经过预处理粉碎和烘干后的纤维，根据预制
件的形状尺寸和选用的空隙率，计算预制件所需要的Al203短纤维质量M，按照计算的
质量，将称好的Al203短纤维倒入到烧杯中，再加入己经混合均匀的粘结剂，其八1203 短纤维和粘结剂以质量比1: 4比例，搅拌均匀，倒入到预制件的模具型腔中，合模加
压，抽真空方式抽去部分水和粘结剂，合模加压压强25Mpa，保压时间20秒，真空度 IX 10,a以上，开模取件；
(4) Al203短纤维预制件烘干处理烘千温度180摄氏度，烘干时间18小时；
(5) Al203短纤维预制件打磨处理经过机械打磨，获得A1203短纤维增强复合材 料预制件。
采用该方法和工艺制得A1203短纤维增强复合材料预制件，经过挤压铸造渗铝即可
获得Al203短纤维增强复合材料，制得复合材料短纤维混合均匀，无缠团现象，复合材
料中铝液与Al2Cb短纤维增强材料结合良好、室温抗拉强度达到285MPa以上，并具有 良好的耐磨性能。
具体实施实例3:
(1)、 Al203短纤维预处理将Al203短纤维放入到机械液体粉碎装置的搅拌筒6
中，加入Al203短纤维重量11倍的水，开启电机，将电机转速调至100r/min，主轴1 带动主叶片5和辅助叶片3旋转，固定轴4设置固定叶片2，静止不动，Al2Cb短纤维 在主轴l、主叶片5、辅助叶片3、固定轴4、固定叶片2共同作用下，对八1203短纤维 进行粉碎，搅拌40min，静置15min，排去水，再加入自来水清洗，重复三次后，将A1203 短纤维捞出放入干净的盘子中。
(2) A1203短纤维的烘干处理将预处理后的A1203短纤维放入烘箱中烘烤，温度 200摄氏度，时间20小时；
(3) 八1203短纤维预制件制作首先将经过预处理粉碎和烘干后的纤维，根据预制 件的形状尺寸和选用的空隙率，计算预制件所需要的Al203短纤维质量M，按照计算的
质量，将称好的Al203短纤维倒入到烧杯中，再加入已经混合均匀的粘结剂，其Al203 短纤维和粘结剂以质量比1: 5比例，搅拌均匀，倒入到预制件的模具型腔中，合模加
压，抽真空方式抽去部分水和粘结剂，合模加压压强30Mpa,保压时间30秒，真空度 IX 10^Pa以上，开模取件；
(4) 八1203短纤维预制件烘干处理烘干温度200摄氏度，烘干时间20小时；
(5) A1203短纤维预制件打磨处理经过机械打磨，获得A1203短纤维增强复合材料预制件。
采用该方法和工艺制得A1203短纤维增强复合材料预制件，经过挤压铸造渗铝即可 获得Al203短纤维增强复合材料，制得复合材料短纤维混合均匀，无缠团现象，复合材 料中铝液与Al203短纤维增强材料结合良好、室温抗拉强度达到300MPa以上，并具有 良好的耐磨性能。
权利要求
1、一种Al2O3短纤维增强复合材料预制件的制备方法，其特征在于步骤为(1)Al2O3短纤维的预处理将Al2O3短纤维放入机械液体粉碎装置中，加入水，进行搅拌粉碎和清洗，然后排水，再加入水进行搅拌粉碎和清洗，重复多次，最后捞出；(2)Al2O3短纤维的烘干处理将预处理后的Al2O3短纤维放入烘箱中烘烤，温度150～200摄氏度，时间15～20小时；(3)Al2O3短纤维预制件制作将Al2O3短纤维和粘结剂以质量比1∶4～5比例，搅拌均匀，倒入到预制件的模具型腔中，合模加压，抽真空方式抽去部分水和粘结剂，合模加压压强20Mpa～30Mpa，保压时间15～30秒，真空度1×10-2Pa以上，开模取件；(4)Al2O3短纤维预制件烘干处理烘干温度150～200摄氏度，烘干时间15～20小时；(5)Al2O3短纤维预制件打磨处理经过机械打磨，获得Al2O3短纤维增强复合材料预制件。
2、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的预处理步骤中八1203短纤维 和水质量比为1: 9 11。
3、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的预处理步骤中重复多次采用 2~3次。
4、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的预处理步骤中搅拌速度采用 80r/min~100r/min,搅拌时间20min 40min，搅拌后需要静置10 15min。
5、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的粘结剂采用硅溶胶。
6、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的预处理步骤中机械液体粉碎 装置是主轴从下而上设置主叶片和辅助叶片，对应地，设置在固定轴上的固定叶片，在 主轴外周，静止不动，并与辅助叶片配合。
全文摘要
一种Al₂O₃短纤维增强复合材料预制件的制备方法，其特征在于步骤为(1)Al₂O₃短纤维的预处理；(2)Al₂O₃短纤维的烘干处理；(3)Al₂O₃短纤维预制件制作；(4)Al₂O₃短纤维预制件烘干处理；(5)Al₂O₃短纤维预制件打磨处理经过机械打磨，获得Al₂O₃短纤维增强复合材料预制件；它通过机械液体粉碎装置提高生产效率，降低成本，消除环境污染，采用抽真空压滤的方法，容易控制轮廓尺寸控制。
文档编号C22C47/00GK101575687SQ20091009909
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者侯林冲, 彭银江, 徐永东, 朱秀荣, 沈建明, 荣 王, 费良军, 高明灯 申请人:中国兵器工业第五二研究所