[发明专利]多孔铝碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及多孔铝碳复合材料及其制备方法。制备多孔铝碳复合材料的方法包括：将竹片真空烧结碳化，得到碳材料；将铝合金加工成铝屑；将一定比例的碳材料与铝屑混合，得到混合材料，并且对混合材料进行加压成型，得到铝碳复合材料；将加压成型后的铝碳复合材料进行真空烧结，得到多孔铝碳复合材料。本发明提供的方法操作简单，成本低，能够有效减轻铝基复合材料的重量，增强使用寿命等诸多优点。同时，多孔铝碳复合材料具有良好的保温性能、消音效果佳以及舒适度高等优点。

技术领域

本发明涉及材料领域，更具体地，涉及多孔铝碳复合材料及其制备方法。

背景技术

随着国家西部大开发的实施，以高速铁路(高铁)为代表的国家基础项目正在全国范围内大规模的实施和建设。再加上人们生活水平的提高，以及高铁方便、舒适、快捷、高效、安全等优点，人们的出行方式正逐渐转变为以高铁列车为主，这就加大了对高铁列车的需求。传统的列车车体都是钢铁材料，由于车身自身重量的问题，不利于提高车速及节能，所以质轻、耐蚀性好、成型能力好的铝材及其合金就逐渐成为高铁列车主流材料。

早在20世纪50年代，世界上较发达的一些国家就开始采用铝型材料制造铁路车辆，包括美国、加拿大、日本、俄罗斯、德国和法国等国，目前国内高铁列车车厢业已大量使用铝合金材料。业内专家指出，时速300公里以上的高速列车车体必须采用轻量化的铝合金材料，350公里以上的列车车厢除底盘外全部使用铝型材。目前中国铁路客运专线动车组采用的CRHI、CRH2、CRH3、CRH5四种类型中，除CRHI型车体采用的是不锈钢材外，其余3种动车组车体均为铝合金材质。

铝合金与纯金属相比，具有硬度大、熔点低、耐腐蚀性能好等特点。最重要的是，铝合金由于具有密度小的优势，可以减少动车的能量消耗。因此，被广泛用在高铁列车车体上。

轻量化复合铝合金材料的代表-多孔铝碳复合材料是铝合金领域新兴的材料，其密度大约是钢材密度的1/4-1/5，是铝合金密度的1/2～2/3，因此在强度刚性满足高铁车厢安全要求的同时，采用多孔铝炭复合材料可以进一步减轻高铁列车车厢的自重。一般而言，目前一个高铁车厢使用的铝合金大概有10吨左右，整个车身的重量要比全部使用钢材减轻30％-50％。而采用多孔铝碳复合材料，整个车厢的重量将进一步减轻至40％-60％，这为高铁速度的进一步提高创造了必要条件。

我国铝竹(碳)复合材料主要用于装饰行业，但在高铁列车上应用的研究尚处在空白期。

青海省全省现有电解铝生产企业11户，现有产能268.5万吨，是省内传统支柱产业，同时也是我国重要的电解铝生产省份，电解铝行业的技术装备水平和物耗、污染物排放等技术指标处于全国先进水平。2013开始，国内电解铝产能出现严重过剩，价格大幅下降，企业陆续出现亏损。为应对持续经济下行，提高铝行业竞争能力，一方面企业要积极进行技术升级改造，减少成本，另一方面是企业要积极开发下游产品，提高企业竞争力。多孔铝碳复合材料的研发，不需要企业投入太多经济成本即可实现产品换代升级，这无疑是一个利好的消息。

随着西部大开发脚步的加快以及兰新高铁的开通，高铁列车的需求将会大大增加，这是一个加快产业经济循环，促进下游产品的研发，快速提高企业核心竞争力的机会。因此在青海省开展多孔铝碳复合材料的研究具有得天独厚的优势，也符合我省的经济发展的要求。

发明内容

本发明以铝合金及竹子为原料，用真空烧结的方法制备了多孔铝碳复合材料，为青海省乃至全国高铁列车轻量化研究提供了可供选择的新型材料。

本发明提供了一种制备多孔铝碳复合材料的方法，包括：将竹片真空烧结碳化，得到碳材料；将铝合金加工成铝屑；将一定比例的所述碳材料与所述铝屑混合，得到混合材料，并且对所述混合材料进行加压成型，得到铝碳复合材料；将加压成型后的铝碳复合材料进行真空烧结，得到多孔铝碳复合材料。