本发明属于材料制备，具体涉及一种自生纤维强化单晶高温合金及其制备方法。
背景技术：
1、随着航空发动机及燃气轮机技术的不断发展，对叶片的性能要求逐渐提高，单晶高温合金叶片成为发动机热端部件的首选。单晶高温合金主要以γ相为基体，以高体积分数的γ′相强化，来实现其良好的高温力学性能。
2、为了确保单晶高温合金的高温力学性能，通常在单晶高温合金中添加更多的难熔元素，但随着难熔元素含量的逐步增加，导致单晶高温合金的组织稳定性下降。因此，现有技术通过添加碳纤维，以提高单晶高温合金中高温力学性能。
3、碳纤维是一种高性能的纤维增强相，具有高比强度、高比模量、高温抗氧化性、优异的耐烧蚀性能和耐热冲击性能等优点，其力学性能可保持到1200℃以上。一般采用先将sic等丝状碳纤维预制于高温合金中，再进行热压或热等静压的方法成型，但是由于碳纤维与单晶高温合金基体的界面结构不匹配，产生界面反应溶蚀的问题，导致最终制备的单晶高温合金的高温力学性能下降。
技术实现思路
1、因此，本发明提供一种自生纤维强化单晶高温合金及其制备方法，能够解决现有技术中由于碳纤维与基体界面不匹配而导致单晶高温合金力学性能下降的技术问题。
2、为了解决上述问题，本发明提供一种自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，包括以下步骤：
3、制备单晶件：对母合金锭进行第一定向凝固处理，得到单晶件，所述单晶件的微观组织中含有碳化物；其中，所述碳化物为面心立方结构；
4、制备单晶高温合金：对所述单晶件进行第二定向凝固处理，以使所述单晶件中的碳化物形成碳化物纤维，冷却后得到自生纤维强化的单晶高温合金；
5、其中，所述第二定向凝固处理的保温温度高于第一定向凝固处理的保温温度，以使第二定向凝固处理形成比第一定向凝固处理更高的温度梯度。
6、进一步的，按照质量百分数计，所述母合金锭的化学成分如下：
7、c：0.2-1.2wt％，cr：3.0-7.5wt％，co：8.0-11.0wt％，al：4.5-7.0wt％，w：9.0-13.0wt％，mo：0.8-2.0wt％，nb：1.0-5.0wt％，v：0.3-1.5wt％，ta：3.0-6.0wt％，ni余量。
8、进一步的，在所述制备单晶件的步骤前还包括：制备母合金锭；
9、优选的，所述制备母合金锭的步骤包括：对合金原料进行熔炼，熔化后进行精炼，然后浇注得到母合金锭。
10、进一步的，所述熔炼采用真空感应熔炼的方式。
11、进一步的，在所述制备单晶件的步骤中：第一定向凝固处理的保温温度为1450-1600℃；和/或
12、第一定向凝固处理时的浇注温度为1450-1600℃；和/或
13、第一定向凝固处理的抽拉速率为1-10mm/min。
14、进一步的，所述单晶件为板状或棒状；和/或
15、所述单晶件为[001]取向的单晶件；和/或
16、所述单晶件中的碳化物为骨架状或块状。
17、进一步的，在所述制备单晶高温合金的步骤中，对所述单晶件进行第二定向凝固处理包括：
18、将所述单晶件加工成坯料，然后将所述坯料装入al2o3陶瓷型腔中，获得合金陶瓷体；将所述陶瓷合金体置于定向凝固炉的发热体中，然后将所述发热体加热至1500-1650℃，保温后进行二次定向抽拉凝固，冷却后去除陶瓷型腔，得到所述自生纤维强化的单晶高温合金。
19、进一步的，所述第二定向凝固处理的抽拉速率为0.5-20μm/min；和/或
20、所述第二定向凝固处理的保温温度比第一定向凝固处理的保温温度高50-150℃。
21、另一方面，本发明还提供一种自生纤维强化单晶高温合金，所述单晶高温合金的微观组织包括γ′相和碳化物纤维；所述碳化物纤维呈长条状，碳化物纤维的平均直径为0.7-1μm，碳化物纤维的间距为3-10μm，且所述γ相与碳化物纤维形成半共格结构。
22、进一步的，所述碳化物纤维包括nbc纤维、tac纤维中的至少一种；
23、优选的，所述单晶高温合金采用上述任一项所述的制备方法得到。
24、本发明提供的一种单晶高温合金及其制备方法具有如下有益效果：
25、1.本发明通过对母合金锭进行第一定向凝固处理，获得含有块状或骨架状碳化物的单晶件，再对单晶件进行第二定向凝固处理，第二定向凝固处理的温度比第一定向凝固处理的温度高，即第二定向凝固处理与第一定向凝固处理的温度形成温度梯度，在高的温度梯度下，面心立方结构的碳化铌或碳化钽与基体同样，沿[001]方向择优生长的原理，可使得单晶件中的碳化物沿热流方向外延定向生长原位形成碳纤维，获得碳纤维与γ′相复合强化的单晶高温合金；其中，碳纤维与γ′相复合强化可提高单晶高温合金的高温力学性能(承温能力)。利用碳化物纤维的面心立方结构和高温合金基体(γ相)的面心立方结构形成半共格结构，可以有效避免纤维和基体的界面结构不匹配和界面反应溶蚀的问题，同时保持碳化物纤维在纤维生长方向的强化作用。
26、2.进一步的，通过原位自生的方法形成碳化物纤维，避免了预制纤维的界面稳定性等问题，可获得界面稳定的复合强化单晶高温合金；上述单晶高温合金在980℃下的抗拉强度可达到790mpa以上；在1100℃下的抗拉强度可达到440mpa以上；1120℃/137mpa的持久寿命可达100h以上，有望应用于航空发动机涡轮等高承温部件。
1.一种自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，其特征在于，按照质量百分数计，所述母合金锭的化学成分如下：
3.根据权利要求2所述的自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，其特征在于，在所述制备单晶件的步骤前还包括：制备母合金锭；
4.根据权利要求3所述的自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼采用真空感应熔炼的方式。
5.根据权利要求1所述的自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，其特征在于，在所述制备单晶件的步骤中：第一定向凝固处理的保温温度为1450-1600℃；和/或
6.根据权利要求5所述的自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，其特征在于，所述单晶件为板状或棒状；
7.根据权利要求1所述的自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，其特征在于，在所述制备单晶高温合金的步骤中，对所述单晶件进行第二定向凝固处理包括：
8.根据权利要求1所述的自生纤维强化单晶高温合金的制备方法，其特征在于，所述第二定向凝固处理的抽拉速率为0.5-20μm/min；和/或
9.一种自生纤维强化单晶高温合金，其特征在于，所述自生纤维强化单晶高温合金的微观组织包括γ相、γ′相和碳化物纤维；所述碳化物纤维呈长条状，碳化物纤维的平均直径为0.7-1μm，碳化物纤维的间距为3-10μm，且所述γ相与碳化物纤维形成半共格结构。
10.根据权利要求9所述的自生纤维强化单晶高温合金，其特征在于，所述碳化物纤维包括nbc纤维、tac纤维中的至少一种；
