專利名稱：無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維鋁基復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但同時也存在著許多阻礙其發(fā)展的問題。其中金屬基復(fù)合材料在制備過程中，界面反應(yīng)問題一直是它的核心問題。主要原因是碳纖維與鋁基體材料在高溫成型時會發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，生成脆性反應(yīng)相Al4C3。Al4C3不僅會破壞碳纖維的完善性，而且使得纖維與基體的界面結(jié)合強(qiáng)度過高，使復(fù)合材料在受力時易發(fā)生脆性斷裂，使其力學(xué)性能降低。目前解決這一問題采用的方法是鍍涂及氣相沉積在碳纖維表面涂層，但是采用此法工藝復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決碳纖維與鋁基材料在高溫成型時會發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，生成脆性反應(yīng)相Al4C3。Al4C3會使復(fù)合材料在受力時易發(fā)生脆性斷裂，使其力學(xué)性能降低，工藝復(fù)雜，成本高的問題，提供了一種無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料及其制備方法，解決上述問題的具體技術(shù)方案如下本發(fā)明由無定形碳纖維和鋁基復(fù)合制成，按體積份數(shù)無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％組成。
本發(fā)明的無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料制備方法的步驟如下步驟一、按體積份數(shù)取無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％將配好的無定形碳纖維和鋁基顆粒放入行星式球磨機(jī)上混磨，球料比為2∶1，混粉時間8～10小時，接著抽真空，然后充入氬氣，以防止球磨過程中粉體被氧化，在行星式球磨機(jī)上混磨，轉(zhuǎn)速為200～300轉(zhuǎn)/分鐘，混磨時間8～10小時；步驟二、將步驟一將混磨后的粉放入鋼模中冷壓成型，當(dāng)材料致密度冷壓至50～60％，將致密度為50～60％材料連同鋼模具放入真空熱壓爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度為1～6×2×10-2Pa，然后真空熱壓爐開始升溫，升溫速度為10～20℃/min，升溫至200～300℃，保溫20～40分，再升溫至450～550℃并保持在此溫度范圍，開始向材料施加150～200MPa壓力，在此壓力范圍維持20～30分鐘，隨爐冷卻至室溫，脫模，即制備出無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料。
本發(fā)明所采用的方法不需要對無定形碳纖維進(jìn)行表面涂覆工藝，就可以避免無定形碳纖維與鋁基體的界面反應(yīng)，得到的增強(qiáng)相具有界面浸潤性好、結(jié)合強(qiáng)度高、分散性好、無界面反應(yīng)的優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料，工藝簡單。利用本發(fā)明制備的復(fù)合材料成本低，同時還具有優(yōu)良的力學(xué)性能及可塑性好的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式由無定形碳纖維和鋁基制成，按體積份數(shù)無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％組成。
無定形碳纖維選用無定形無定形碳纖維、鋁基選用2017硬鋁顆粒。
具體實(shí)施例方式
二本實(shí)施方式按體積份數(shù)由無定形碳纖維為10％、鋁基為90％組成。
具體實(shí)施例方式
三本實(shí)施方式按體積份數(shù)由無定形碳纖維為20％、鋁基為80％組成。
具體實(shí)施例方式
四本實(shí)施方式按體積份數(shù)由無定形碳纖維為30％、鋁基為70％組成。
具體實(shí)施例方式
五本實(shí)施方式制備方法的步驟如下步驟一、按體積份數(shù)取無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％，將配好的無定形碳纖維和硬鋁基顆粒放入行星式球磨機(jī)上混磨，球料比為2∶1，混粉時間8～10小時，接著抽真空，然后充入氬氣，以防止球磨過程中粉體被氧化，在行星式球磨機(jī)上混磨，轉(zhuǎn)速為200～300轉(zhuǎn)/分鐘，混磨時間8～10小時；步驟二、將步驟一將混磨后的粉放入鋼模中冷壓成型，當(dāng)材料致密度冷壓至50～60％，將致密度為50～60％材料連同鋼模具放入真空熱壓爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度為1～6×2×10-2Pa，然后開始升溫，升溫速度為10～20℃/min，升溫至200～300℃，保溫20～40分鐘，再升溫至450～550℃，開始向材料加壓150～200MPa，壓力維持20～30分鐘，隨爐冷卻至室溫，脫模，即制備出無定形碳纖維增強(qiáng)硬鋁基復(fù)合材料。
具體實(shí)施例方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五的不同點(diǎn)在于它還包含步驟三，將經(jīng)步驟二的無定形碳纖維增強(qiáng)硬鋁基復(fù)合材料用純鋁包覆放入擠壓模具內(nèi)，然后放入加熱爐內(nèi)升溫至450～550℃，保溫25～35分鐘，將復(fù)合材料從加熱爐中取出放入擠壓模具上進(jìn)行熱擠壓，凹模錐角取120°，擠壓比為15∶1，擠壓速度為10mm/s，從而獲得高質(zhì)量的無定形碳纖維增強(qiáng)硬鋁基復(fù)合材料。
經(jīng)擠壓后無定形碳纖維增強(qiáng)硬鋁基復(fù)合材料的致密度接近于100％，材料的性能更佳。
具體實(shí)施例方式
七本實(shí)施方式的鋁基選用2017硬鋁顆粒。無定形碳纖維按體積份數(shù)為10～30％、2017硬鋁的顆粒按體積份數(shù)為70～90％組成；將上述原料粉和鋼球以球料比2∶1放入球磨罐中，鋼球選用大、中、小三種規(guī)格，抽真空后充氬氣，以保護(hù)粉體在球磨過程中不被氧化，在行星式球磨機(jī)上采用正、反轉(zhuǎn)相結(jié)合的混粉方法，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，混粉8小時；將混合均勻的粉料在石墨模具中冷壓成型，冷成型尺寸為Φ60mm，致密度約為50％，將致密度約為50％的材料連同鋼模具放入真空熱壓爐內(nèi)進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度為2×10-2Pa，然后開始升溫，升溫速度為10℃/min，升溫至250℃保溫30分鐘，再升溫至500℃，開始向材料施加200MPa壓力，壓力維持20分鐘，材料壓至致密度接近100％，隨爐冷卻至室溫，退模，獲得復(fù)合材料；將上述獲得的復(fù)合材料用純鋁包覆放入擠壓模并加溫至500℃，保溫30分鐘，然后對復(fù)合材料進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為16∶1，凹模錐角取120°。，從而獲得Cf/2017Al復(fù)合材料。
Cf/2017Al復(fù)合材料的性能見表1表1不同無定形碳纖維體積份數(shù)下Cf/2017Al復(fù)合材料的力學(xué)性能

權(quán)利要求
1.無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料，它由無定形碳纖維和鋁基復(fù)合制成，其特征在于按體積份數(shù)無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料，其特征在于按體積份數(shù)由無定形碳纖維為10％、鋁基為90％組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料，其特征在于按體積份數(shù)由無定形碳纖維為20％、鋁基為80％組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料，其特征在于按體積份數(shù)由無定形碳纖維為30％、鋁基為70％組成。
5.無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它包含下列步驟步驟一、按體積份數(shù)取無定形碳纖維為10～30％、鋁基為90～70％將配好的無定形碳纖維和硬鋁基顆粒放入行星式球磨機(jī)上混磨，球料比為2∶1，混粉時間8～10小時，接著抽真空，然后充入氬氣，以防止球磨過程中粉體被氧化，在行星式球磨機(jī)上混磨，轉(zhuǎn)速為200～300轉(zhuǎn)/分鐘，混磨時間8～10小時；步驟二、將步驟一將混磨后的粉放入鋼模中冷壓成型，當(dāng)材料致密度冷壓至50～60％，將致密度為50～60％材料連同鋼模具放入真空熱壓爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度為1～6×2×10-2Pa，然后真空熱壓爐開始升溫，升溫速度為10～20℃/min，升溫至200～300℃，保溫20～40分，再升溫至450～550℃并保持在此溫度范圍，開始向材料施加150～200MPa壓力，在此壓力范圍維持20～30分鐘，隨爐冷卻至室溫，脫模，即制備出無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它還包含有步驟三，將經(jīng)步驟二的無定形碳纖維硬鋁基復(fù)合材料用純鋁包覆放入擠壓模具內(nèi)，然后放入加熱爐內(nèi)升溫至450～550℃，保溫25～35分鐘，將復(fù)合材料從加熱爐中取出放入擠壓模具上進(jìn)行熱擠壓，凹模錐角取120°，擠壓比為15∶1，擠壓速度為10mm/s，從而獲得高質(zhì)量的無定形碳纖維硬鋁基復(fù)合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于鋁基選用2017硬鋁顆粒；無定形碳纖維按體積份數(shù)由10～30％、2017硬鋁的顆粒按體積份數(shù)由70～90％組成；將上述原料粉和鋼球以球料比2∶1放入球磨罐中，鋼球選用大、中、小三種規(guī)格，抽真空后充氬氣，以保護(hù)粉體在球磨過程中不被氧化，在行星式球磨機(jī)上采用正、反轉(zhuǎn)相結(jié)合的混粉方法，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，混粉8小時；將混合均勻的粉料在石墨模具中冷壓成型，冷成型尺寸為Φ60mm，致密度約為50％，將致密度約為50％的材料連同鋼模具放入真空熱壓爐內(nèi)進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度為2×10-2Pa，然后開始升溫，升溫速度為10℃/min，升溫至250℃保溫30分鐘，再升溫至500℃，開始向材料施加200MPa壓力，壓力維持20分鐘，材料壓至致密度接近100％，隨爐冷卻至室溫，退模，獲得復(fù)合材料；將上述獲得的復(fù)合材料用純鋁包覆放入擠壓模并加溫至500℃，保溫30分鐘，然后對復(fù)合材料進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為16∶1，凹模錐角取120°，從而獲得Cf/2017Al復(fù)合材料。
全文摘要
無定形碳纖維鋁基復(fù)合材料及其制備方法，它涉及碳纖維鋁基復(fù)合材料及其制備方法。它解決了現(xiàn)有在高溫成型時會發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，生成脆性反應(yīng)相Al
文檔編號B22F3/12GK1924073SQ200610010598
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者李愛濱, 耿林, 王紅梅, 王桂松 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)