[发明专利]短切碳纤维增强非晶复合材料的制备方法及其装置

权利要求书

1.短切碳纤维增强非晶复合材料的制备方法，其特征在于：采用化学镀法改善碳纤维润湿性，通过铜模制备碳纤维预制体，进而用真空低压铸造法即喷铸法制备短切碳纤维增强非晶复合材料，具体步骤如下：

第一步，短切碳纤维化学镀：

采用商用T200、T700或T800碳纤维进行剪切，获得长度为30μm～0.8mm的短切碳纤维，再使用20目～400目的筛网进行筛分，取筛下的短切碳纤维进行化学镀铜或镀镍处理，得到具有由薄化学镀层包覆完好的化学镀短切碳纤维；

或者将上述筛下的短切碳纤维织造成短碳纤维毡布，再进行化学镀铜或镀镍处理，得到具有由薄化学镀层包覆完好的化学镀短碳纤维毡布；

由此完成短切碳纤维化学镀；

第二步，块体非晶合金母合金铸锭的制备：

根据所选用的基体合金的组成成分称量所需用量的组分，将称量好的组分原材料配料均放入高真空感应熔炼炉或高真空电弧炉内进行熔炼，熔炼前先将高真空感应熔炼炉或高真空电弧炉抽取至真空度为-1.0×10^-4Pa～-1.0×10^-2Pa，随后充入氩气至真空度为-0.3MPa～-0.6MPa，组分原材料配料在900℃～1800℃温度下进行熔炼，熔炼成液体后随炉冷却，制得块体非晶合金母合金铸锭，将该母合金铸锭破碎成小块待用；上述基体合金成分的组成以百分原子比at.％表示分别为：Ti_37.3Zr_22.7Be_25.5Fe_5.5Cu₉、Zr_41.2Ti_13.8Cu_12.5Ni_10.0Be_22.5或Mg_59.5Cu_22.9Ag_6.6Gd₁₁；

第三步，短切碳纤维预制体的制备：

将上述第一步得到的化学镀短切碳纤维或化学镀短碳纤维毡布装填入铜模内腔中，铜模内腔的直径为2mm～30mm，通过10g～50g的标准天平砝码施加压力，摇床摇动或震床震动进行压制以调节碳纤维间的孔隙尺寸为50μm～300μm，由此制备成短切碳纤维预制体；

第四步，短切碳纤维增强非晶复合材料的制备：

将上述第二步制备的块体非晶合金母合金铸锭的碎块置于一个石英管的粗管部分内，该石英管下端有一个喷口，其直径为0.5mm～2mm，再将该石英管装载在具有封闭式炉体的高真空感应加热喷铸炉内，将该封闭式炉体抽真空度至-1.0×10^-3Pa～-1.0×10^-1Pa，随后充入氩气至真空度为-0.3MPa～-0.5MPa，通过水冷感应加热线圈将该石英管粗管部分内的块体非晶合金母合金铸锭的碎块熔化成熔体，采用氩气作为压力源，以0.2MPa～2MPa的正压将上述熔体通过石英管下端的喷口吹入处于负压状态的上述第三步的装有制备成的短切碳纤维预制体的铜模的内腔内，块体非晶合金母合金铸锭的碎块熔化成的熔体在压力浸渗下完全充入短切碳纤维预制体的孔隙中，同时由铜模提供400K/s～1000K/s的冷却速度使短切碳纤维增强非晶复合材料快速成型，待冷却后取出直径为2mm～30mm，长度为5mm～20cm的短切碳纤维增强非晶复合材料圆棒，由此采用真空低压铸造法即喷铸法完成短切碳纤维增强非晶复合材料的制备。

2.根据权利要求1所述短切碳纤维增强非晶复合材料的制备方法，其特征在于：所述得到具有由薄化学镀层包覆完好的化学镀短切碳纤维或化学镀短碳纤维毡布，该薄化学镀层的厚度为100nm～800nm。

3.根据权利要求1所述短切碳纤维增强非晶复合材料的制备方法，其特征在于：所述将上述第一步得到的化学镀短切碳纤维或化学镀短碳纤维毡布装填入铜模内腔中，采用完全填充、部分填充或模具内表面粘贴方式中的任意一种。