無定形碳纖維鋁基複合材料及其製備方法
2023-06-22 22:21:16 1
專利名稱：無定形碳纖維鋁基複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及無定形碳纖維鋁基複合材料及其製備方法。
背景技術：
碳纖維鋁基複合材料應用領域廣泛，但同時也存在著許多阻礙其發展的問題。其中金屬基複合材料在製備過程中，界面反應問題一直是它的核心問題。主要原因是碳纖維與鋁基體材料在高溫成型時會發生嚴重的界面反應，生成脆性反應相Al4C3。Al4C3不僅會破壞碳纖維的完善性，而且使得纖維與基體的界面結合強度過高，使複合材料在受力時易發生脆性斷裂，使其力學性能降低。目前解決這一問題採用的方法是鍍塗及氣相沉積在碳纖維表面塗層，但是採用此法工藝複雜，成本高。
發明內容
本發明為了解決碳纖維與鋁基材料在高溫成型時會發生嚴重的界面反應，生成脆性反應相Al4C3。Al4C3會使複合材料在受力時易發生脆性斷裂，使其力學性能降低，工藝複雜，成本高的問題，提供了一種無定形碳纖維鋁基複合材料及其製備方法，解決上述問題的具體技術方案如下本發明由無定形碳纖維和鋁基複合製成，按體積份數無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％組成。
本發明的無定形碳纖維鋁基複合材料製備方法的步驟如下步驟一、按體積份數取無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％將配好的無定形碳纖維和鋁基顆粒放入行星式球磨機上混磨，球料比為2∶1，混粉時間8～10小時，接著抽真空，然後充入氬氣，以防止球磨過程中粉體被氧化，在行星式球磨機上混磨，轉速為200～300轉/分鐘，混磨時間8～10小時；步驟二、將步驟一將混磨後的粉放入鋼模中冷壓成型，當材料緻密度冷壓至50～60％，將緻密度為50～60％材料連同鋼模具放入真空熱壓爐中進行熱壓燒結，真空度為1～6×2×10-2Pa，然後真空熱壓爐開始升溫，升溫速度為10～20℃/min，升溫至200～300℃，保溫20～40分，再升溫至450～550℃並保持在此溫度範圍，開始向材料施加150～200MPa壓力，在此壓力範圍維持20～30分鐘，隨爐冷卻至室溫，脫模，即製備出無定形碳纖維鋁基複合材料。
本發明所採用的方法不需要對無定形碳纖維進行表面塗覆工藝，就可以避免無定形碳纖維與鋁基體的界面反應，得到的增強相具有界面浸潤性好、結合強度高、分散性好、無界面反應的優質複合材料，工藝簡單。利用本發明製備的複合材料成本低，同時還具有優良的力學性能及可塑性好的特點。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式由無定形碳纖維和鋁基製成，按體積份數無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％組成。
無定形碳纖維選用無定形無定形碳纖維、鋁基選用2017硬鋁顆粒。
具體實施例方式
二本實施方式按體積份數由無定形碳纖維為10％、鋁基為90％組成。
具體實施例方式
三本實施方式按體積份數由無定形碳纖維為20％、鋁基為80％組成。
具體實施例方式
四本實施方式按體積份數由無定形碳纖維為30％、鋁基為70％組成。
具體實施例方式
五本實施方式製備方法的步驟如下步驟一、按體積份數取無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％，將配好的無定形碳纖維和硬鋁基顆粒放入行星式球磨機上混磨，球料比為2∶1，混粉時間8～10小時，接著抽真空，然後充入氬氣，以防止球磨過程中粉體被氧化，在行星式球磨機上混磨，轉速為200～300轉/分鐘，混磨時間8～10小時；步驟二、將步驟一將混磨後的粉放入鋼模中冷壓成型，當材料緻密度冷壓至50～60％，將緻密度為50～60％材料連同鋼模具放入真空熱壓爐中進行熱壓燒結，真空度為1～6×2×10-2Pa，然後開始升溫，升溫速度為10～20℃/min，升溫至200～300℃，保溫20～40分鐘，再升溫至450～550℃，開始向材料加壓150～200MPa，壓力維持20～30分鐘，隨爐冷卻至室溫，脫模，即製備出無定形碳纖維增強硬鋁基複合材料。
具體實施例方式
六本實施方式與具體實施方式
五的不同點在於它還包含步驟三，將經步驟二的無定形碳纖維增強硬鋁基複合材料用純鋁包覆放入擠壓模具內，然後放入加熱爐內升溫至450～550℃，保溫25～35分鐘，將複合材料從加熱爐中取出放入擠壓模具上進行熱擠壓，凹模錐角取120°，擠壓比為15∶1，擠壓速度為10mm/s，從而獲得高質量的無定形碳纖維增強硬鋁基複合材料。
經擠壓後無定形碳纖維增強硬鋁基複合材料的緻密度接近於100％，材料的性能更佳。
具體實施例方式
七本實施方式的鋁基選用2017硬鋁顆粒。無定形碳纖維按體積份數為10～30％、2017硬鋁的顆粒按體積份數為70～90％組成；將上述原料粉和鋼球以球料比2∶1放入球磨罐中，鋼球選用大、中、小三種規格，抽真空後充氬氣，以保護粉體在球磨過程中不被氧化，在行星式球磨機上採用正、反轉相結合的混粉方法，轉速為300轉/分鐘，混粉8小時；將混合均勻的粉料在石墨模具中冷壓成型，冷成型尺寸為Φ60mm，緻密度約為50％，將緻密度約為50％的材料連同鋼模具放入真空熱壓爐內進行熱壓燒結，真空度為2×10-2Pa，然後開始升溫，升溫速度為10℃/min，升溫至250℃保溫30分鐘，再升溫至500℃，開始向材料施加200MPa壓力，壓力維持20分鐘，材料壓至緻密度接近100％，隨爐冷卻至室溫，退模，獲得複合材料；將上述獲得的複合材料用純鋁包覆放入擠壓模並加溫至500℃，保溫30分鐘，然後對複合材料進行熱擠壓，擠壓比為16∶1，凹模錐角取120°。，從而獲得Cf/2017Al複合材料。
Cf/2017Al複合材料的性能見表1表1不同無定形碳纖維體積份數下Cf/2017Al複合材料的力學性能
權利要求
1.無定形碳纖維鋁基複合材料，它由無定形碳纖維和鋁基複合製成，其特徵在於按體積份數無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％組成。
2.根據權利要求1所述的無定形碳纖維鋁基複合材料，其特徵在於按體積份數由無定形碳纖維為10％、鋁基為90％組成。
3.根據權利要求1所述的無定形碳纖維鋁基複合材料，其特徵在於按體積份數由無定形碳纖維為20％、鋁基為80％組成。
4.根據權利要求1所述的無定形碳纖維鋁基複合材料，其特徵在於按體積份數由無定形碳纖維為30％、鋁基為70％組成。
5.無定形碳纖維鋁基複合材料的製備方法，其特徵在於它包含下列步驟步驟一、按體積份數取無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％將配好的無定形碳纖維和硬鋁基顆粒放入行星式球磨機上混磨，球料比為2∶1，混粉時間8～10小時，接著抽真空，然後充入氬氣，以防止球磨過程中粉體被氧化，在行星式球磨機上混磨，轉速為200～300轉/分鐘，混磨時間8～10小時；步驟二、將步驟一將混磨後的粉放入鋼模中冷壓成型，當材料緻密度冷壓至50～60％，將緻密度為50～60％材料連同鋼模具放入真空熱壓爐中進行熱壓燒結，真空度為1～6×2×10-2Pa，然後真空熱壓爐開始升溫，升溫速度為10～20℃/min，升溫至200～300℃，保溫20～40分，再升溫至450～550℃並保持在此溫度範圍，開始向材料施加150～200MPa壓力，在此壓力範圍維持20～30分鐘，隨爐冷卻至室溫，脫模，即製備出無定形碳纖維鋁基複合材料。
6.根據權利要求5所述的無定形碳纖維鋁基複合材料的製備方法，其特徵在於它還包含有步驟三，將經步驟二的無定形碳纖維硬鋁基複合材料用純鋁包覆放入擠壓模具內，然後放入加熱爐內升溫至450～550℃，保溫25～35分鐘，將複合材料從加熱爐中取出放入擠壓模具上進行熱擠壓，凹模錐角取120°，擠壓比為15∶1，擠壓速度為10mm/s，從而獲得高質量的無定形碳纖維硬鋁基複合材料。
7.根據權利要求5或6所述的無定形碳纖維鋁基複合材料的製備方法，其特徵在於鋁基選用2017硬鋁顆粒；無定形碳纖維按體積份數由10～30％、2017硬鋁的顆粒按體積份數由70～90％組成；將上述原料粉和鋼球以球料比2∶1放入球磨罐中，鋼球選用大、中、小三種規格，抽真空後充氬氣，以保護粉體在球磨過程中不被氧化，在行星式球磨機上採用正、反轉相結合的混粉方法，轉速為300轉/分鐘，混粉8小時；將混合均勻的粉料在石墨模具中冷壓成型，冷成型尺寸為Φ60mm，緻密度約為50％，將緻密度約為50％的材料連同鋼模具放入真空熱壓爐內進行熱壓燒結，真空度為2×10-2Pa，然後開始升溫，升溫速度為10℃/min，升溫至250℃保溫30分鐘，再升溫至500℃，開始向材料施加200MPa壓力，壓力維持20分鐘，材料壓至緻密度接近100％，隨爐冷卻至室溫，退模，獲得複合材料；將上述獲得的複合材料用純鋁包覆放入擠壓模並加溫至500℃，保溫30分鐘，然後對複合材料進行熱擠壓，擠壓比為16∶1，凹模錐角取120°，從而獲得Cf/2017Al複合材料。
全文摘要
無定形碳纖維鋁基複合材料及其製備方法，它涉及碳纖維鋁基複合材料及其製備方法。它解決了現有在高溫成型時會發生嚴重的界面反應，生成脆性反應相Al
文檔編號B22F3/12GK1924073SQ200610010598
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月25日 優先權日2006年9月25日
發明者李愛濱, 耿林, 王紅梅, 王桂松 申請人:哈爾濱工業大學