麻纖維織物結構遺態c/金屬複合材料的製備方法

2023-06-03 06:13:26

專利名稱：麻纖維織物結構遺態c/金屬複合材料的製備方法
技術領域：
本發明屬於材料製備技術領域，涉及一種複合材料的製備方法，具體涉及一種麻 纖維織物結構遺態C/金屬複合材料的製備方法。
背景技術：
目前，公知的具有遺態結構的C/金屬複合材料的技術有1)材料導報[J]， 2006(10) :5-7刊登的《遺態材料的研究理念和研究進展》；2)化學進展[J]，2008，20 (6) 989-1000刊登的《生物模板法製備木材陶瓷》；3) 2004年中國材料研討會論文摘要集[C]， 2004 421刊登的鋁合金/木質陶瓷複合材料的製備與力學性能研究；4)專利《生態陶瓷、 金屬複合材料的製備方法》(專利號ZL02137503. 8，公開號CN1403620,
公開日2003. 3. 19)。 5)專利《摩擦複合材料的製備方法》(專利號ZL02137504. 6，公開號CN1403527，公開 日2003.03. 19) ；6)專利《麻纖維遺態結構C/Sn或C/A1複合材料的製備方法》申請號 200810231642. 7，公開號 CN101381855,
公開日
2009. 03. 11)。以上公開的技術主要以木、竹、麻、秸稈、生物礦物等天然生物材料為生物模板制 備遺態結構C/金屬複合材料，沒有從人為改善或重構生物模板結構的角度，構造即具有 「可設計性」結構的生物模板材料，製備出滿足人們不同結構性能需求的遺態C/金屬複合材 料。而麻纖維織物以其良好的可設計性、高的有序度、穩定的尺寸、易於成型及麻纖維生物 自身的強度高、吸溼性好、導熱性強等優點還沒有被用作製備遺態結構C/金屬複合材料的 生物模板。因此，研究和開發具有「可設計性」的麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料，不 僅使所製備的遺態材料，在結構上遺傳了麻纖維織物人為製造的排布方式和排布結構及麻 纖維生物自身的多層次、多維的本徵精細結構，改善了遺態結構C/金屬複合材料的組織均 勻性和一致性，而且又賦予了其新的功能。使其具有質輕、消振、吸音、減摩耐磨和電磁屏蔽 性好的特點，從而擴展其應用領域。

發明內容
本發明的目的在於提供一種麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料的製備方法， 解決了現有的製備方法無法從人為改善或重構生物模板結構的角度，構造具有「可設計性」 結構的生物模板材料，製備出滿足人們不同結構性能需求的遺態C/金屬複合材料的問題。本發明所採用的技術方案是，一種麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料的製備 方法，具體按照以下步驟實施步驟1 製備麻纖維織物模板，包括製備織物組織結構麻纖維織物模板或製備交 替組織結構麻纖維織物模板；步驟2 將步驟1製備的麻纖維織物模板置於真空熱壓爐中，在真空或在惰性氣體 保護氣氛下，以3-20°C /min的升溫速率升溫至500-1800°C，保溫l_10h，爐冷或溫控冷卻， 得到遺態C基模板；步驟3 將步驟1製備的麻纖維織物模板與金屬混合放入浸滲裝置內，或將步驟2製備的遺態C基模板與金屬混合放入浸滲裝置內，將浸滲裝置置於真空爐中，採用真空壓 力浸滲或無壓自發浸滲，以3-20°C /min的升溫速率升溫至250-1100°C，保溫l_10h，製備得 到麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料。本發明的特徵還在於，其中的步驟1中製備織物組織結構麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取 麻纖維織物，採用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹脂後，採用疊層方式將麻纖維織物疊成220 層布塊，將布塊熱壓成型後固化，得到織物組織結構麻纖維織物模板。其中的步驟1中製備交替組織結構麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取 兩種或兩種以上組織結構的同一種麻纖維織物，採用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹脂後， 採用交替疊層方式將麻纖維織物疊成2-20層布塊，將布塊熱壓成型後固化，得到交替組織 結構麻纖維織物模板。其中的麻纖維織物選用薴麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維或劍麻纖維中的一種。其中的熱固性樹脂選用酚醛樹脂、環氧樹脂或呋喃樹脂中的一種。其中的將布塊熱壓成型後固化，熱壓溫度100-150°C，壓強0. 5MPa-10MPa，熱壓時 間 0.5-5h。其中的步驟3中採用真空壓力浸滲，真空度為1 X 10^-1 X 10_3Pa，壓強為0. 01-0. 1 個大氣壓。其中的步驟3中採用無壓自發浸滲，真空度為lXlC^-lXlO^a。本發明方法的有益效果是，利用結構「可設計性」好的麻纖維織物為生物模板，通 過製備不同組織結構的模板材料，向其中的生物孔隙或織物間隙中浸滲導電導熱塑性好的 金屬及其合金，如Al、Sn、Cu、Mg等金屬及其合金，製備出了具有不同組織結構的麻纖維織 物遺態C/金屬複合材料。(1)採用麻纖維織物為生物模板製備遺態C/金屬複合材料，不僅遺傳了生物自身 多層次、多維的本徵精細結構，而且遺傳了麻纖維織物人為製造的網格交叉結構，從而賦予 了遺態結構C/金屬複合材料新的結構特性。(2)金屬相的介入，不僅提高了 C基模板的導電、導熱、韌性，而且還與C基體界面 發生了良好的連續性結合，從而賦予了遺態C/金屬複合材料新的功能特性。(3)製備得到的麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料，具有質輕，消振、吸音、減 摩耐磨和電磁屏蔽性好的特點，應用前景更加廣闊。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料的製備方法，具體按照以下步驟進 行步驟1 製備麻纖維織物模板，包括製備織物組織結構麻纖維織物模板或製備交 替組織結構麻纖維織物模板，製備織物組織結構麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取市購或採用現有 織造技術製備的織物組織結構麻纖維織物，採用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹脂後，採用 疊層方式將麻纖維布疊成2-20層布塊，溫度100-150°C、壓強0. 5MPa-10MPa的條件下在模壓機上熱壓0. 5-5h成型後固化，得到織物組織結構麻纖維織物模板；製備交替組織結構麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取不同組織結構的 麻纖維織物中的兩種或多種，採用自然或超聲浸漬熱固性樹脂後，採用交替疊層方式將麻 纖維織物疊成2-20層布塊，溫度100-150°C、壓強0. 5MPa-10MPa的條件下在模壓機上熱壓 0. 5-5h成型後固化，得到交替組織結構麻纖維織物模板；其中的麻纖維織物選用平紋、斜紋、針織或編織結構的薴麻纖維、亞麻纖維、大麻 纖維或劍麻纖維中的一種；熱固性樹脂選用酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂中的一種。步驟2 高溫真空/惰性氣體氣氛碳化燒結將步驟1製備的麻纖維織物模板置於真空熱壓爐中，在真空或氮氣、氬氣等惰性 氣體保護氣氛下，以3-20°C /min的升溫速率升溫至500-1800°C，保溫l_10h，爐冷或溫控冷 卻，得到具有不同織物結構的遺態C基模板；步驟3 真空浸滲熔融金屬將步驟1製備的麻纖維織物模板與金屬或金屬合金粉或金屬合金塊混合放入自 制浸滲裝置內，或將步驟2製備的不同織物結構的遺態C基模板與金屬或金屬合金粉或金 屬合金塊混合放入自製浸滲裝置內，將浸滲裝置置於真空爐中，以3-20°C /min的升溫速率 升溫至250-1100°C，保溫l-10h，採用真空壓力浸滲技術，真空度為1 X 10^-1 X 10_3Pa，壓強 為0. 01-0. 1個大氣壓；或採用無壓自發浸滲技術，真空度為1 X lO—i-l X 10_3Pa，製備出具有 不同麻纖維織物結構的遺態C/金屬複合材料。實施例1取市購或採用現有織造技術自製備的平紋組織薴麻纖維布，採用自然浸漬酚醛樹 脂24h後，採用疊層方式將薴麻纖維布疊成10層布塊，在模壓機上120°C、1. 5MPa壓強下熱 壓lh成型後固化，得到平紋組織麻纖維織物模板。將製備的織物模板和A1合金粉放入自 制浸滲裝置內，並置於真空爐中，採用真空壓力浸滲技術，以3°C /min的升溫速率，在670°C 下保溫2h，真空度為IX lC^Pa，壓強為0. 01個大氣壓，製備出具有薴麻纖維平紋織物結構 的遺態C/鋁合金複合材料。實施例2取市購或採用現有織造技術自製備的斜紋組織亞麻纖維布，採用超聲浸漬環氧樹 脂2h後，採用疊層方式將麻纖維布疊成20層布塊，在模壓機上10(TC、2MPa壓強下熱壓 0. 5h成型後固化，得到斜紋組織麻纖維織物模板。將製備的織物模板置於真空熱壓爐中，在 真空保護氣氛下，以3°C /min的升溫速率，在500°C下保溫10h，3°C /min冷卻，製備出具有 亞麻纖維斜紋組織的遺態C基模板。後將製備的C基模板表面塗覆Sn合金粉放入自製浸 滲裝置內，並置於真空爐中，採用無壓自發浸滲技術，以3°C /min的升溫速率，在250°C下保 溫lh，真空度為lX10_3Pa，製備出具有亞麻纖維斜紋織物結構的遺態C/錫合金複合材料。實施例3取市購或採用現有針織技術自製備的針織結構劍麻纖維織物，採用超聲浸漬呋喃 樹脂2h後，採用疊層方式將麻纖維布疊成15層布塊，在模壓機上120°C、0. 5MPa壓強下熱 壓3h成型後固化，得到針織結構劍麻纖維織物模板。將製備的織物模板置於真空熱壓爐 中，在真空保護氣氛下，以10°C /min的升溫速率，在800°C下保溫2h，爐冷，製備出具有針 織結構的遺態C基模板。後將製備的織物模板和鎂鋁合金粉放入自製浸滲裝置內，並置於真空爐中，採用無壓自發浸滲技術，以5°C /min的升溫速率，在660°C下保溫2h，真空度為 1 X 10_2Pa，製備出具有劍麻纖維針織結構的遺態C/鋁鎂合金複合材料。實施例4取市購或採用現有編織技術自製備的編織結構大麻纖維織物，採用超聲浸漬環氧 樹脂2h後，採用疊層方式將麻纖維布疊成20層布塊，在模壓機上10(TC、5MPa壓強下熱壓 0. 5h成型後固化，得到編織大麻纖維織物模板。將製備的織物模板置於真空熱壓爐中，在 真空保護氣氛下，以20°C /min的升溫速率，在1800°C下保溫lh，爐冷，製備出具麻纖維編 織結構的遺態C基模板。後將製備的C基模板和Cu合金粉放入自製浸滲裝置內，並置於真 空爐中，採用真空壓力浸滲技術，以20°C /min的升溫速率，在1100°C下保溫lh，真空度為 1 X 10_3Pa，壓強為0. 01個大氣壓，製備出具有大麻纖維編織結構的遺態C/Cu合金複合材 料。實施例5取市購或採用現有織造技術自製備的平紋組織薴麻纖維布和斜紋薴麻纖維布，採 用超聲浸漬酚醛樹脂2h後，採用交替疊層方式將麻纖維布疊成10層布塊，其中平紋組織和 斜紋組織各5層，在模壓機上120°C、IMPa壓強下熱壓2h成型後固化，得到交替結構薴麻纖 維織物模板。將製備的交替織物模板置於真空熱壓爐中，在真空保護氣氛下，以5°C /min的 升溫速率，在600°C下保溫2h，爐冷，製備出具麻纖維交替結構的遺態C基模板。後將製備 的C基模板和A1合金粉放入自製浸滲裝置內，並置於真空爐中，採用真空壓力浸滲技術，以 5°C /min的升溫速率，在670°C下保溫2h，真空度為lXlO—Pa，壓強為0. 1個大氣壓，製備 出具有薴麻纖維交替結構的遺態C/A1合金複合材料。採用本發明方法製備得到的麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料，具有質輕、消 振、吸音、減摩耐磨和電磁屏蔽性好的特點，提高了遺態陶瓷材料結構的「可設計性」，賦予 了遺態C/金屬複合材料新的結構和功能特性，具有更廣闊的應用前景。
權利要求
一種麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料的製備方法，其特徵在於，具體按照以下步驟實施步驟1製備麻纖維織物模板，包括製備織物組織結構麻纖維織物模板或製備交替組織結構麻纖維織物模板；步驟2將步驟1製備的麻纖維織物模板置於真空熱壓爐中，在真空或在惰性氣體保護氣氛下，以3-20℃/min的升溫速率升溫至500-1800℃，保溫1-10h，爐冷或溫控冷卻，得到遺態C基模板；步驟3將步驟1製備的麻纖維織物模板與金屬混合放入浸滲裝置內，或將步驟2製備的遺態C基模板與金屬混合放入浸滲裝置內，將浸滲裝置置於真空爐中，採用真空壓力浸滲或無壓自發浸滲，以3-20℃/min的升溫速率升溫至250-1100℃，保溫1-10h，製備得到麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的步驟1中製備織物組織結構麻 纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取麻纖維織物，採用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹 脂後，採用疊層方式將麻纖維織物疊成2-20層布塊，將布塊熱壓成型後固化，得到織物組 織結構麻纖維織物模板。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的步驟1中製備交替組織結構 麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取兩種或兩種以上組織結構的同一種麻纖維織 物，採用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹脂後，採用交替疊層方式將麻纖維織物疊成2-20層 布塊，將布塊熱壓成型後固化，得到交替組織結構麻纖維織物模板。
4.根據權利要求2或3所述的製備方法，其特徵在於，所述的麻纖維織物選用薴麻纖 維、亞麻纖維、大麻纖維或劍麻纖維中的一種。
5.根據權利要求2或3所述的製備方法，其特徵在於，所述的熱固性樹脂選用酚醛樹 月旨、環氧樹脂或呋喃樹脂中的一種。
6.根據權利要求2或3所述的製備方法，其特徵在於，所述的將布塊熱壓成型後固化， 熱壓溫度100-150°C，壓強0. 5MPa-10MPa，熱壓時間0. 5_5h。
7.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的步驟3中採用真空壓力浸滲， 真空度為IX ICT1-I X 10_3Pa，壓強為0.01-0. 1個大氣壓。
8.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的步驟3中採用無壓自發浸滲， 真空度為 ι χ IiT1-I X l(T3Pa。
全文摘要
本發明公開的一種麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料的製備方法，首先製備麻纖維織物模板，包括製備織物組織結構麻纖維織物模板或製備交替組織結構麻纖維織物模板，然後進行高溫真空/惰性氣體氣氛碳化燒結，最後真空浸滲熔融金屬。本發明製備方法製備得到的麻纖維織物結構遺態C/金屬複合材料，具有質輕、消振、吸音、減摩耐磨和電磁屏蔽性好的特點，提高了遺態結構C/金屬複合材料結構的「可設計性」，賦予了其新的結構和功能特性，具有更廣闊的應用前景。
文檔編號C22C47/10GK101838782SQ201010301408
公開日2010年9月22日 申請日期2010年2月9日 優先權日2010年2月9日
發明者付翀, 姜鳳陽, 張金彥, 楊敏鴿, 王俊勃, 王瓊, 申明乾, 賀辛亥 申請人:西安工程大學