[发明专利]异质短纤维混杂增强铝基复合材料预制体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基复合材料的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种异质短纤维混杂增强铝基复合材料预制体的制备方法。

背景技术

汽车是我国重点发展的支柱产业，为提高汽车的热效率(节能)和性能，开发和应用重量轻、耐磨性好、寿命长的发动机是国内外汽车工业发展所追求的重要目标。发动机活塞是影响发动机功率和热效率的重要零件，工业发达国家已采用Al₂O₃短陶瓷纤维增强铝基复合材料作为活塞头部，使燃油效率提高了3％以上，同时显著提高了活塞的使用寿命。

为进一步提高发动机的耐热性和耐磨性，国内外正着力开发Al₂O₃纤维与C纤维混杂增强铝基复合材料。C纤维的含量是影响复合材料力学性能的重要因素。生产短纤维混杂增强铝基复合材料的关键工艺之一是短纤维预制体的制备。预制体成型质量显著影响复合材料的性能。单一纤维预制体成型常采用传统的“水法”，例如中国专利公开(告)号为CN1079425，公开(告)日为1993年12月15日，发明创造名称为复合材料用陶瓷纤维预制体的制备方法，其工艺流程为首先将陶瓷纤维切割分散再排碴分选，然后将纤维分散于水中，注模、气压下滤水，机械加压成型；而后加入粘结剂，气压滤过，经后处理最终得到所需的预制体。对于异质短纤维混杂预制体，需要考虑纤维混合的问题，因此工艺过程较为复杂。目前Al₂O₃纤维与C纤维混杂增强铝基复合材料预制体的制备技术的问题主要有两方面，一是异质纤维混合过程中的聚集成团现象，二是细小C纤维具有较高的韧性，使预制体在压制压力除去后易发生回弹，导致预制体不能成型。因而，存在C纤维在混杂纤维之中所占比例较小的限制，C纤维长度大于2mm，且制备方法较为复杂的问题，这一问题已引起广大工程技术人员的极大关注。

发明内容

本发明所要解决的是C纤维在混杂纤维之中所占比例较小、C纤维长度大于2mm及制备方法较为复杂的技术问题，提供了一种异质短纤维混杂增强铝基复合材料预制体的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的异质短纤维混杂增强铝基复合材料预制体的制备方法包括如下步骤：

1.非连续C纤维与非连续Al₂O₃纤维的前处理和筛选

1)非连续C纤维的前处理和筛选

将连续C纤维在按重量比含NaOH为2％～8％的溶液中煮沸1～12分钟，以去除C纤维表面活性离子，然后将连续C纤维剪断成长为1～1.8mm的非连续C纤维，采用拨轮式搅拌装置在70～80℃水中搅拌非连续C纤维5～10分钟，采用过滤筛及悬浮分选装置将非连续C纤维过滤捞出。

2)非连续Al₂O₃纤维的前处理和筛选

将连续Al₂O₃纤维剪断成长为5～8mm的非连续Al₂O₃纤维，采用拨轮式搅拌装置将非连续Al₂O₃纤维在70～80℃水中搅拌5～10分钟，利用孔径为53μm的过滤筛及悬浮分选装置将非连续Al₂O₃纤维过滤捞出。

2.非连续Al₂O₃纤维和非连续C纤维混合处理

将非连续Al₂O₃纤维和非连续C纤维两种材料按重量为1～0.55的比例在拨轮式搅拌装置水中混合搅拌，水温控制在70～80℃之间，混合均匀后过滤，除去悬浮在上层的杂质得到纤维浆。

3.湿态预制体加压固化

1)在纤维浆中加入按重量比为10％～20％的有机粘结剂即羧甲基纤维素，预制体成型中的保压时间为5～15分钟，保压压力为5-15MPa。

2)将非连续Al₂O₃纤维和非连续C纤维预制体在110℃下烘干，烘干后的预制体在氮气保护下，加入活性炭粉密封烧结，烧结温度为650～700℃，烧结过程中需在上层活性炭粉的上表面上及下层活性炭粉的底面下放入石棉垫板。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的异质短纤维混杂增强铝基复合材料预制体的制备方法采用了化学方法，将C纤维在NaOH溶液中煮沸，去除了细小纤维表面的活性离子，使其在其后两种纤维混合过程中不易聚集。有效地增强了异质纤维混合的均匀性。