[发明专利]一种碳纤维增强的镁铝合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纤维增强的镁铝合金，所述镁铝合金中设有碳纤维骨架；所述碳纤维骨架由中间相沥青基碳纤维编织得到；所述中间相沥青基碳纤维表面覆盖有热解石墨和纳米级碳化锆。本发明还提供了一种所述镁铝合金的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种轻量化、高导热、高模量的结构功能一体化的镁铝合金材料，属于复合材料领域。

背景技术

镁铝合金是合金中的一种，密度一般小于1.8g·cm³，而镁和铝的合金的低密度使其比性能较高。镁铝合金具有很好的强度、刚性和尺寸稳定性。虽然镁铝合金是一种工程类金属中密度最小的金属，但其绝对强度、硬度、模量较低，热膨胀系数较高，这些性质极大限制了其在航空航天和汽车领域的应用。例如航天器结构材料，如卫星天线的桁架结构、筒形构件和航天器的光学测量系统进一步对材料的模量和导热性能提出更高的要求。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种可用于航天器的高导热、高模量的碳纤维增强的镁铝合金复合材料。

本发明的第二个目的在于提供一种所述碳纤维增强的镁铝合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种碳纤维增强的镁铝合金，所述镁铝合金中设有碳纤维骨架；

所述碳纤维骨架由中间相沥青基碳纤维编织得到；

所述中间相沥青基碳纤维表面覆着有热解石墨和纳米级碳化锆。

所述镁铝合金为AZ91或AZ31。

所述碳纤维骨架的形貌为正交绕纱、三维细编穿刺或针刺毡；

所述热解石墨为点状。

一种所述的碳纤维增强的镁铝合金的制备方法，包括如下步骤：

S1将中间相沥青纤维于450-600℃的温度下碳化成中间相沥青基碳纤维后，将中间相沥青基碳纤维编织成碳纤维预制体I；

S2将所述碳纤维预制体I于2600～3000℃下石墨化，得到碳纤维预制体II；

S3将所述碳纤维预制体II于真空下浸渍于有机锆化物的有机溶液中，烘干后于1000～1600℃进行热处理，得到纤维预制体III；

s4采用镁铝合金粉末包埋所述纤维预制体III，于真空下升温至600～800℃后，充入惰性气体I，使所述纤维预制体III处于1atm+1～3kPa，升温至目标温度700-900℃，即得所述碳纤维增强的镁铝合金。

所述纤维预制体I的形式包括正交绕纱、三维细编穿刺或针刺毡。

所述石墨化的加热方式为感应加热；

所述石墨化的环境为封闭环境。

所述感应加热的升温速率为1～10℃/min。

所述有机锆化物包括聚乙酰丙酮锆；

所述有机溶液采用的溶剂包括二甲苯。

所述有机溶液的浓度为10～50g/100mL；

所述烘干的温度为80～140℃；

所述烘干的时间为1～4h；

所述热处理的气氛为惰性气体II；

所述热处理的气压为1atm+1～3kPa；

所述热处理的升温速率为1～10℃/min。

所述镁铝合金粉末包括AZ91粉末或AZ31粉末。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：