[发明专利]一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料，其特征在于，按照重量百分数由以下原料制成：

3-20wt％的微米级硬质陶瓷粒子，3-20wt％的短碳纤维，3-30wt％的长碳纤维，余量为聚四氟乙烯；

所述长碳纤维在所述微米级硬质陶瓷粒子、所述短碳纤维和所述PTFE粉末搅拌后的混合物中定向均匀排布，所述长碳纤维采用1K-24K的小束丝或24K以上的大束丝，根据重量百分数确定的所述长碳纤维按照束丝在预制件模具空间中相互平行的等间距阵列；

所述微米级硬质陶瓷粒子粒径区间为0.1-5微米，所述短碳纤维过400目筛；所述长碳纤维直径为6-7微米；所述聚四氟乙烯采用平均粒径为10-30微米的PTFE粉末。

2.根据权利要求1所述的一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料，其特征在于，所述微米级硬质陶瓷粒子为微米级碳化硅粒子、微米级氮化硅粒子、微米级二氧化硅粒子、微米级氮化硼粒子或微米级氧化铝粒子。

3.根据权利要求1所述的一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料，其特征在于，所述微米级硬质陶瓷粒子的重量百分数为5wt％，所述短碳纤维的重量百分数为15wt％，所述长碳纤维的重量百分数为20wt％，所述长碳纤维型号为3K。

4.根据权利要求1所述的一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料，其特征在于，所述长碳纤维型号为1K、3K、6K、24K。

5.一种如权利要求1所述具有表面织构的长碳纤维定向复合材料的制备方法，其特征在于，该方法按照如下步骤进行：

(1)按重量百分数称取所述微米级硬质陶瓷粒子、所述短碳纤维和所述PTFE粉末，混合后进行机械搅拌；

(2)根据所述微米级硬质陶瓷粒子、所述短碳纤维、所述PTFE粉末、所述长碳纤维的重量百分数以及模具空间，计算所述长碳纤维按照束丝在预制件模具空间中等间距阵列的设定距离，并将所述长碳纤维束丝截取与模具相同的长度；

(3)将步骤(1)搅拌后的混合物均匀铺入模具中，按照步骤(2)得到的设定距离每铺入一层所述混合物后，按照步骤(2)得到的设定距离等间距间隔放置截取长度后的所述长碳纤维束丝，一层所述长碳纤维束丝放置完毕后，再按照步骤(2)得到的设定距离铺入所述混合物，如此重复至原料用尽，最后在室温下进行冷压成型获得预制件；

(4)将预制件放入马弗炉中进行烧结，得到所述具有表面织构的长碳纤维定向复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的所述微米级硬质陶瓷粒子为微米级碳化硅粒子、微米级氮化硅粒子、微米级二氧化硅粒子、微米级氮化硼粒子或微米级氧化铝粒子。

7.根据权利要求5所述的一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料的制备方法，其特征在于，所述微米级硬质陶瓷粒子的重量百分数为5wt％，所述短碳纤维的重量百分数为15wt％，所述长碳纤维的重量百分数为20wt％，所述长碳纤维型号为3K。

8.根据权利要求5所述的一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中冷压成型的压力为25±5Mpa，保压时间为40±10min，保压温度为室温。

9.根据权利要求5所述的一种具有表面织构的长碳纤维定向复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述烧结程序为：自30℃升温至327℃，升温速率为100℃/h；在327℃保温30min；自327℃升温至380℃，升温速率为60℃/h；在380℃保温1h；自380℃降温至327℃，升温速率为60℃/h；在327℃保温30min；自327℃降温至150℃，降温速率为100℃/h；到达150℃后空冷至室温。