[发明专利]顺序凝固制备连续碳纤维增强铝基复合材料设备及方法

说明书

本发明涉及一种顺序凝固制备连续碳纤维增强铝基复合材料设备及方法，炉体的上端面固定有支架，支架上固定有旋转电机，旋转电机连接有丝杠，支架竖直滑动连接有滑动连接杆，丝杠与滑动连接杆螺纹配合，滑动连接杆的一侧固定连接有固定环并连接有变幅杆，变幅杆的下端固定有超声振头并且穿过了上顶板和炉体，超声振头的下端与振动板的上端接触，导杆与固定环固定在一起，导杆穿过了炉体的上端并与炉体滑动配合，导杆的下端固定连接在振动板上，振动板下侧连接有碳纤维夹具和金属液槽，炉体内设有坩埚和感应线圈一级冷却气管。本发明的设备和方法制得的碳纤维增强复合材料铸造缺陷少。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，涉及一种利用顺序凝固的冷却方式制备连续碳纤维增强铝基复合材料设备及方法。

背景技术

碳纤维增强铝基复合材料由于质量轻、高强度以及高导热性等优异的性能，在航空航天，汽车制造，体育休闲等领域都得到了一定的应用。其中，连续碳纤维增强铝基复合材料无论作为线材亦或板材，可最大限度的发挥碳纤维轴向性能优势，因此具有更广阔的发展前景。目前，国内外众多学者通过对工艺方法及设备的研究，利用液态轧制、真空浸渗和超声振动等工艺实现了碳纤维增强铝基复合材料的制备。然而在碳纤维增强铝基复合材料制备过程中，由于碳纤维与铝合金基体间热膨胀系数相差较大，并且碳纤维导热系数与基体相差也较大，这就导致碳纤维增强铝基复合材料的凝固是一个复杂的凝固过程，在其冷却过程中复合材料内部易产生大量的缩孔缩松等铸造缺陷。这将严重影响复合材料的成型性，使其无论作为结构材料还是功能材料的性能指标都显著降低。

通过研究发现，碳纤维增强铝基复合材料在冷却过程中采用顺序凝固的冷却方式，可以使复合材料满足沿单一方向发生冷却凝固，形成了从试样前部至后部的温度梯度，使复合材料的前部凝固收缩时可以得到后部金属液的液态补缩，有效减少了缩孔缩松的产生，从而制备出组织均匀，增强纤维与基体结合良好的碳纤维增强铝基复合材料。

发明内容

发明目的

本发明要解决的技术问题是克服制备连续碳纤维增强铝基复合材料的冷却过程中材料内部易产生铸造缺陷的问题，提供一种利用顺序凝固改善碳纤维增强复合材料铸造缺陷的设备与方法，从而实现高性能碳纤维增强铝基复合材料的制备，改善碳纤维增强复合材料铸造缺陷。

技术方案

顺序凝固制备连续碳纤维增强铝基复合材料设备，包括炉体，炉体的一侧设有开启门，其特征在于：炉体的上端面固定有支架，支架上固定有旋转电机，旋转电机的旋转轴竖直向下设置并固定连接有丝杠，支架竖直滑动连接有滑动连接杆，丝杠穿过了滑动连接杆并与滑动连接杆螺纹配合，滑动连接杆的一侧固定连接有固定环，固定环竖直连接有变幅杆，变幅杆的上端固定有超声换能器，变幅杆穿过了炉体的上端与炉体滑动配合，变幅杆的下端固定有超声振头并且穿过了上顶板，超声振头的下端与振动板的上端接触，导杆与固定环固定在一起，导杆穿过了炉体的上端并与炉体滑动配合，导杆的下端固定连接在振动板上，炉体的上端的内侧竖直设有多个滑动导轨，滑动导轨穿过了上顶板并且与上顶板滑动连接，上顶板的下侧通过多个连接杆固定连接有下底板，振动板位于下底板和上顶板之间，上顶板竖直固定连接有多个金属液槽固定杆，上顶板穿过了下底板并且下端连接有金属液槽，振动板竖直固定连接有多个碳纤维夹具固定杆，碳纤维夹具固定杆穿过了下底板并且与下底板滑动连接，碳纤维夹具固定杆上套有第一弹簧，第一弹簧位于下底板和振动板之间并且受到了下底板和振动板的挤压力，碳纤维夹具固定杆的下端固定连接有碳纤维夹具，碳纤维夹具位于金属液槽内，炉体内侧的底部设有隔热底盘，隔热底盘的上端设有坩埚和感应线圈，感应线圈位于坩埚的外周，炉体的侧壁插入有冷却气管，冷却气管的出气口位于感应线圈的上侧，并且位于金属液槽的一侧，炉体上还设有排气孔，排气孔设有可插拔的塞子。

进一步的，所述隔热底盘为耐火砖。