[发明专利]一种连续碳纤维增强铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种连续碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，对裸碳纤维依次进行前处理和施镀后，再进行毛坯的制备，取适量毛坯置于挤压模具内，采用压缩机将其挤压成型，得到预制块；将预制块置于等离子烧结炉内，烧结后得到连续碳纤维增强铝基复合材料。本发明一种连续碳纤维增强铝基复合材料的制备工艺简单，且碳纤维在基体中分散均匀，材料性能各向同性；并且在提高各种物理性能的同时，显著地提高其力学性能。

技术领域

本发明属于铝基复合材料制造技术领域，具体涉及一种连续碳纤维增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

铝基复合材料的增强相主要有颗粒、晶须(或短纤维)与连续纤维。颗粒、晶须和短碳纤维作为首选的增强体，具有易于分散的优势，但其偏聚和尖锐化容易造成应力集中等问题，大大影响了复合材料性能；连续纤维兼具高刚度、强度和韧性等特性，被广泛应用于连续纤维增强金属基复合材料领域。连续Cf/Al复合材料主要由铝基体、增强纤维和Cf/Al界面组成，其中连续纤维增强体主要承受载荷，铝基体则起到固结、保护纤维，部分承担、传递载荷和裂纹扩展的作用。连续Cf/Al复合材料性能远远高于传统的铝合金材料，故被应用于各个领域。

但是，现有的制备连续Cf/Al复合材料方法仍然存在很多缺陷，主要集中在生产方式复杂，周期长，成本高等方面。现有的研究主要在界面问题和分散方法上展开，没有一套完整的生产体系。现有的连续Cf/Al复合材料的成型方法主要分为压力浸渗和超声振动液体浸渗法，但上述方法局限于层状、板状材料，且材料性能具有方向性，制备方法与工艺较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，具有工艺简单、对工艺设备的要求较小、可制备大体积、大块体及形状复杂零件的特点。

本发明所采用的技术方案是，一种连续碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，前处理

将适量裸碳纤维置于马弗炉内进行高温灼烧处理，得到去胶碳纤维，将去胶碳纤维置于质量分数为20％的HNO₃溶液内搅拌均匀，取出再置于质量分数为10％的NaOH溶液内搅拌均匀，再对其进行敏化和活化处理后，置于恒温水浴，得到待镀碳纤维溶液；

步骤2，施镀

在待镀碳纤维溶液内依次加入硫酸铜、酒石酸钾钠和甲醛，搅拌均匀，再采用质量分数为20％的氢氧化钠溶液调节其pH为11.75～12.50，得到镀铜碳纤维；

步骤3，毛坯的制备

取适量镀铜碳纤维和铝粉进行湿混，加入粘结剂并混合均匀，得到毛坯；

步骤4，取适量毛坯置于挤压模具内，采用压缩机将其挤压成型，得到预制块；

步骤5，将预制块置于等离子烧结炉内，烧结后得到连续碳纤维增强铝基复合材料。

本发明的特点还在于：

高温灼烧的温度为430～470℃，时间为60min。

HNO₃与NaOH的体积比为1:2。

硫酸铜：甲醛：酒石酸钾钠的质量比为10～15:2.34～7.02:40～60。

施镀的温度为55～65℃，时间为10min。

碳纤维和铝粉的质量比为0～0.4:99.6～100。

粘结剂为石蜡、甘油乙醇溶液和石蜡乙醚溶液中的任意一种。

压缩机的压400～800KN，保压时间为0.5～1min。

烧结的压力为3.5～5.0T，温度为450～480℃，升温速度为50℃/min，保温时间为10min。