[发明专利]织造碳纤维增强的钢基体复合材料

说明书

本发明涉及织造碳纤维增强的钢基体复合材料。该复合材料包括钢基体与集成至该基体中的增强碳纤维。该复合材料具有比钢显著更低的密度，并预期具有可观的强度。用于形成复合钢复合材料的方法包括组合增强碳纤维组分例如织造聚合物与钢纳米颗粒并烧结钢纳米颗粒以便形成具有在其中集成增强碳纤维的钢基体。

技术领域

本公开内容总体上涉及金属/聚合物复合材料，并且更特别地涉及钢与增强碳纤维的轻质复合材料及其制造方法。

背景技术

出于总体上呈现本公开内容的上下文的目的，在本文中提供背景描述。在这个背景部分中可描述的程度下目前署名的发明人的工作以及在申请时可能没有以其他方式作为现有技术的描述的各方面，既没有清楚地也没有暗示地被承认是本技术的现有技术。

轻质钢具有多种用途。在汽车和飞机中，它将通过减小交通工具的重量来改进燃料效率。因为低碳钢具有7.88g/cm³的密度，并且一些聚合物例如芳族聚酰胺的密度为约2.1g/cm³，所以两种材料的复合材料相对于仅钢而言将具有整体减小的重量，从而提供具有相当大强度的轻质材料。

钢通常通过在超过1000℃的温度下的常规锻造方法形成，然而一些聚合物例如芳族聚酰胺在450℃下经历热分解。因为钢通常在比聚合物材料的典型热分解温度高得多的温度下形成，所以难以形成具有集成至钢框架中并与钢框架结合(bond)的增强碳纤维的真正的复合材料。能够形成这样的复合材料的方法会是所需的。

发明内容

这个部分提供公开内容的一般概述，并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。

在各个方面，本教导提供具有烧结钢纳米颗粒的连续钢基体与至少一个增强碳纤维的复合材料，该至少一个增强碳纤维至少部分被包封在该钢基体内。在一些实施方式中，该至少一个增强碳纤维完全被包封在该连续钢基体内。在一些实施方式中，该复合材料可具有小于5g/cm³的密度。

在其它方面中，本教导提供复合材料。该复合材料包括至少一个增强碳纤维，和设置在该至少一个增强碳纤维周围的烧结钢纳米颗粒的连续钢基体。

又在其它方面中，本教导提供用于形成复合钢的方法。该方法包括提供钢纳米颗粒的步骤和组合钢纳米颗粒与增强碳纤维组分以形成未退火组合物(combination)的步骤。该方法还包括通过向该未退火组合物施加升高的温度来烧结该增强碳纤维组分周围的钢纳米颗粒的步骤。

从本文提供的描述，增强以上连接(couple)技术的各种方法和适用性的进一步领域将变得明显。在这个概述中的描述和具体实例仅意图为说明目的并且不意图限制本公开内容的范围。

附图说明

从详细描述和附图将更充分地理解本教导，其中：

图1是具有钢基体与两层增强碳纤维的复合钢的横截面；和

图2是用于形成图1中所示类型的复合材料的方法的一部分的示图。

应注意出于描述一些方面的目的，本文列出的附图意在举例说明本技术当中的方法、算法和设备的一般特性。这些附图可能没有精确地反映任何给出方面的特性，并且不必意图限定或限制这个技术的范围内的具体实施方案。此外，一些方面可包括来自附图组合的特征。

具体实施方式

本公开内容总体上涉及包括钢基体与集成至该基体中的增强碳纤维的复合材料。该复合材料具有比钢显著更低的密度，并具有可观的强度。用于形成聚合物-钢复合材料的方法包括组合增强碳纤维组分例如芳族聚酰胺与钢纳米颗粒并烧结该钢纳米颗粒以便形成具有在其中集成增强碳纤维的钢基体。