專利名稱：麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)c/金屬復合材料的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領域，涉及一種復合材料的制備方法，具體涉及一種麻 纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，公知的具有遺態(tài)結(jié)構(gòu)的C/金屬復合材料的技術(shù)有1)材料導報[J]， 2006(10) :5-7刊登的《遺態(tài)材料的研究理念和研究進展》；2)化學進展[J]，2008，20 (6) 989-1000刊登的《生物模板法制備木材陶瓷》；3) 2004年中國材料研討會論文摘要集[C]， 2004 421刊登的鋁合金/木質(zhì)陶瓷復合材料的制備與力學性能研究；4)專利《生態(tài)陶瓷、 金屬復合材料的制備方法》(專利號ZL02137503. 8，公開號CN1403620,
公開日2003. 3. 19)。 5)專利《摩擦復合材料的制備方法》(專利號ZL02137504. 6，公開號CN1403527，公開 日2003.03. 19) ；6)專利《麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/Sn或C/A1復合材料的制備方法》申請?zhí)?200810231642. 7，公開號 CN101381855,
公開日
2009. 03. 11)。以上公開的技術(shù)主要以木、竹、麻、秸稈、生物礦物等天然生物材料為生物模板制 備遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/金屬復合材料，沒有從人為改善或重構(gòu)生物模板結(jié)構(gòu)的角度，構(gòu)造即具有 “可設計性”結(jié)構(gòu)的生物模板材料，制備出滿足人們不同結(jié)構(gòu)性能需求的遺態(tài)C/金屬復合材 料。而麻纖維織物以其良好的可設計性、高的有序度、穩(wěn)定的尺寸、易于成型及麻纖維生物 自身的強度高、吸濕性好、導熱性強等優(yōu)點還沒有被用作制備遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/金屬復合材料的 生物模板。因此，研究和開發(fā)具有“可設計性”的麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料，不 僅使所制備的遺態(tài)材料，在結(jié)構(gòu)上遺傳了麻纖維織物人為制造的排布方式和排布結(jié)構(gòu)及麻 纖維生物自身的多層次、多維的本征精細結(jié)構(gòu)，改善了遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/金屬復合材料的組織均 勻性和一致性，而且又賦予了其新的功能。使其具有質(zhì)輕、消振、吸音、減摩耐磨和電磁屏蔽 性好的特點，從而擴展其應用領域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料的制備方法， 解決了現(xiàn)有的制備方法無法從人為改善或重構(gòu)生物模板結(jié)構(gòu)的角度，構(gòu)造具有“可設計性” 結(jié)構(gòu)的生物模板材料，制備出滿足人們不同結(jié)構(gòu)性能需求的遺態(tài)C/金屬復合材料的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料的制備 方法，具體按照以下步驟實施步驟1 制備麻纖維織物模板，包括制備織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板或制備交 替組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板；步驟2 將步驟1制備的麻纖維織物模板置于真空熱壓爐中，在真空或在惰性氣體 保護氣氛下，以3-20°C /min的升溫速率升溫至500-1800°C，保溫l_10h，爐冷或溫控冷卻， 得到遺態(tài)C基模板；步驟3 將步驟1制備的麻纖維織物模板與金屬混合放入浸滲裝置內(nèi)，或?qū)⒉襟E2制備的遺態(tài)C基模板與金屬混合放入浸滲裝置內(nèi)，將浸滲裝置置于真空爐中，采用真空壓 力浸滲或無壓自發(fā)浸滲，以3-20°C /min的升溫速率升溫至250-1100°C，保溫l_10h，制備得 到麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料。本發(fā)明的特征還在于，其中的步驟1中制備織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取 麻纖維織物，采用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹脂后，采用疊層方式將麻纖維織物疊成220 層布塊，將布塊熱壓成型后固化，得到織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板。其中的步驟1中制備交替組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取 兩種或兩種以上組織結(jié)構(gòu)的同一種麻纖維織物，采用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹脂后， 采用交替疊層方式將麻纖維織物疊成2-20層布塊，將布塊熱壓成型后固化，得到交替組織 結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板。其中的麻纖維織物選用苧麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維或劍麻纖維中的一種。其中的熱固性樹脂選用酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂中的一種。其中的將布塊熱壓成型后固化，熱壓溫度100-150°C，壓強0. 5MPa-10MPa，熱壓時 間 0.5-5h。其中的步驟3中采用真空壓力浸滲，真空度為1 X 10^-1 X 10_3Pa，壓強為0. 01-0. 1 個大氣壓。其中的步驟3中采用無壓自發(fā)浸滲，真空度為lXlC^-lXlO^a。本發(fā)明方法的有益效果是，利用結(jié)構(gòu)“可設計性”好的麻纖維織物為生物模板，通 過制備不同組織結(jié)構(gòu)的模板材料，向其中的生物孔隙或織物間隙中浸滲導電導熱塑性好的 金屬及其合金，如Al、Sn、Cu、Mg等金屬及其合金，制備出了具有不同組織結(jié)構(gòu)的麻纖維織 物遺態(tài)C/金屬復合材料。(1)采用麻纖維織物為生物模板制備遺態(tài)C/金屬復合材料，不僅遺傳了生物自身 多層次、多維的本征精細結(jié)構(gòu)，而且遺傳了麻纖維織物人為制造的網(wǎng)格交叉結(jié)構(gòu)，從而賦予 了遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/金屬復合材料新的結(jié)構(gòu)特性。(2)金屬相的介入，不僅提高了 C基模板的導電、導熱、韌性，而且還與C基體界面 發(fā)生了良好的連續(xù)性結(jié)合，從而賦予了遺態(tài)C/金屬復合材料新的功能特性。(3)制備得到的麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料，具有質(zhì)輕，消振、吸音、減 摩耐磨和電磁屏蔽性好的特點，應用前景更加廣闊。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料的制備方法，具體按照以下步驟進 行步驟1 制備麻纖維織物模板，包括制備織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板或制備交 替組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板，制備織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取市購或采用現(xiàn)有 織造技術(shù)制備的織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物，采用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹脂后，采用 疊層方式將麻纖維布疊成2-20層布塊，溫度100-150°C、壓強0. 5MPa-10MPa的條件下在模壓機上熱壓0. 5-5h成型后固化，得到織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板；制備交替組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取不同組織結(jié)構(gòu)的 麻纖維織物中的兩種或多種，采用自然或超聲浸漬熱固性樹脂后，采用交替疊層方式將麻 纖維織物疊成2-20層布塊，溫度100-150°C、壓強0. 5MPa-10MPa的條件下在模壓機上熱壓 0. 5-5h成型后固化，得到交替組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板；其中的麻纖維織物選用平紋、斜紋、針織或編織結(jié)構(gòu)的苧麻纖維、亞麻纖維、大麻 纖維或劍麻纖維中的一種；熱固性樹脂選用酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂中的一種。步驟2 高溫真空/惰性氣體氣氛碳化燒結(jié)將步驟1制備的麻纖維織物模板置于真空熱壓爐中，在真空或氮氣、氬氣等惰性 氣體保護氣氛下，以3-20°C /min的升溫速率升溫至500-1800°C，保溫l_10h，爐冷或溫控冷 卻，得到具有不同織物結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板；步驟3 真空浸滲熔融金屬將步驟1制備的麻纖維織物模板與金屬或金屬合金粉或金屬合金塊混合放入自 制浸滲裝置內(nèi)，或?qū)⒉襟E2制備的不同織物結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板與金屬或金屬合金粉或金 屬合金塊混合放入自制浸滲裝置內(nèi)，將浸滲裝置置于真空爐中，以3-20°C /min的升溫速率 升溫至250-1100°C，保溫l-10h，采用真空壓力浸滲技術(shù)，真空度為1 X 10^-1 X 10_3Pa，壓強 為0. 01-0. 1個大氣壓；或采用無壓自發(fā)浸滲技術(shù)，真空度為1 X lO—i-l X 10_3Pa，制備出具有 不同麻纖維織物結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C/金屬復合材料。實施例1取市購或采用現(xiàn)有織造技術(shù)自制備的平紋組織苧麻纖維布，采用自然浸漬酚醛樹 脂24h后，采用疊層方式將苧麻纖維布疊成10層布塊，在模壓機上120°C、1. 5MPa壓強下熱 壓lh成型后固化，得到平紋組織麻纖維織物模板。將制備的織物模板和A1合金粉放入自 制浸滲裝置內(nèi)，并置于真空爐中，采用真空壓力浸滲技術(shù)，以3°C /min的升溫速率，在670°C 下保溫2h，真空度為IX lC^Pa，壓強為0. 01個大氣壓，制備出具有苧麻纖維平紋織物結(jié)構(gòu) 的遺態(tài)C/鋁合金復合材料。實施例2取市購或采用現(xiàn)有織造技術(shù)自制備的斜紋組織亞麻纖維布，采用超聲浸漬環(huán)氧樹 脂2h后，采用疊層方式將麻纖維布疊成20層布塊，在模壓機上10(TC、2MPa壓強下熱壓 0. 5h成型后固化，得到斜紋組織麻纖維織物模板。將制備的織物模板置于真空熱壓爐中，在 真空保護氣氛下，以3°C /min的升溫速率，在500°C下保溫10h，3°C /min冷卻，制備出具有 亞麻纖維斜紋組織的遺態(tài)C基模板。后將制備的C基模板表面涂覆Sn合金粉放入自制浸 滲裝置內(nèi)，并置于真空爐中，采用無壓自發(fā)浸滲技術(shù)，以3°C /min的升溫速率，在250°C下保 溫lh，真空度為lX10_3Pa，制備出具有亞麻纖維斜紋織物結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C/錫合金復合材料。實施例3取市購或采用現(xiàn)有針織技術(shù)自制備的針織結(jié)構(gòu)劍麻纖維織物，采用超聲浸漬呋喃 樹脂2h后，采用疊層方式將麻纖維布疊成15層布塊，在模壓機上120°C、0. 5MPa壓強下熱 壓3h成型后固化，得到針織結(jié)構(gòu)劍麻纖維織物模板。將制備的織物模板置于真空熱壓爐 中，在真空保護氣氛下，以10°C /min的升溫速率，在800°C下保溫2h，爐冷，制備出具有針 織結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。后將制備的織物模板和鎂鋁合金粉放入自制浸滲裝置內(nèi)，并置于真空爐中，采用無壓自發(fā)浸滲技術(shù)，以5°C /min的升溫速率，在660°C下保溫2h，真空度為 1 X 10_2Pa，制備出具有劍麻纖維針織結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C/鋁鎂合金復合材料。實施例4取市購或采用現(xiàn)有編織技術(shù)自制備的編織結(jié)構(gòu)大麻纖維織物，采用超聲浸漬環(huán)氧 樹脂2h后，采用疊層方式將麻纖維布疊成20層布塊，在模壓機上10(TC、5MPa壓強下熱壓 0. 5h成型后固化，得到編織大麻纖維織物模板。將制備的織物模板置于真空熱壓爐中，在 真空保護氣氛下，以20°C /min的升溫速率，在1800°C下保溫lh，爐冷，制備出具麻纖維編 織結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。后將制備的C基模板和Cu合金粉放入自制浸滲裝置內(nèi)，并置于真 空爐中，采用真空壓力浸滲技術(shù)，以20°C /min的升溫速率，在1100°C下保溫lh，真空度為 1 X 10_3Pa，壓強為0. 01個大氣壓，制備出具有大麻纖維編織結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C/Cu合金復合材 料。實施例5取市購或采用現(xiàn)有織造技術(shù)自制備的平紋組織苧麻纖維布和斜紋苧麻纖維布，采 用超聲浸漬酚醛樹脂2h后，采用交替疊層方式將麻纖維布疊成10層布塊，其中平紋組織和 斜紋組織各5層，在模壓機上120°C、IMPa壓強下熱壓2h成型后固化，得到交替結(jié)構(gòu)苧麻纖 維織物模板。將制備的交替織物模板置于真空熱壓爐中，在真空保護氣氛下，以5°C /min的 升溫速率，在600°C下保溫2h，爐冷，制備出具麻纖維交替結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。后將制備 的C基模板和A1合金粉放入自制浸滲裝置內(nèi)，并置于真空爐中，采用真空壓力浸滲技術(shù)，以 5°C /min的升溫速率，在670°C下保溫2h，真空度為lXlO—Pa，壓強為0. 1個大氣壓，制備 出具有苧麻纖維交替結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C/A1合金復合材料。采用本發(fā)明方法制備得到的麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料，具有質(zhì)輕、消 振、吸音、減摩耐磨和電磁屏蔽性好的特點，提高了遺態(tài)陶瓷材料結(jié)構(gòu)的“可設計性”，賦予 了遺態(tài)C/金屬復合材料新的結(jié)構(gòu)和功能特性，具有更廣闊的應用前景。
權(quán)利要求
一種麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施步驟1制備麻纖維織物模板，包括制備織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板或制備交替組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板；步驟2將步驟1制備的麻纖維織物模板置于真空熱壓爐中，在真空或在惰性氣體保護氣氛下，以3-20℃/min的升溫速率升溫至500-1800℃，保溫1-10h，爐冷或溫控冷卻，得到遺態(tài)C基模板；步驟3將步驟1制備的麻纖維織物模板與金屬混合放入浸滲裝置內(nèi)，或?qū)⒉襟E2制備的遺態(tài)C基模板與金屬混合放入浸滲裝置內(nèi)，將浸滲裝置置于真空爐中，采用真空壓力浸滲或無壓自發(fā)浸滲，以3-20℃/min的升溫速率升溫至250-1100℃，保溫1-10h，制備得到麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟1中制備織物組織結(jié)構(gòu)麻 纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取麻纖維織物，采用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹 脂后，采用疊層方式將麻纖維織物疊成2-20層布塊，將布塊熱壓成型后固化，得到織物組 織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟1中制備交替組織結(jié)構(gòu) 麻纖維織物模板，具體按照以下步驟實施取兩種或兩種以上組織結(jié)構(gòu)的同一種麻纖維織 物，采用自然浸漬或超聲浸漬熱固性樹脂后，采用交替疊層方式將麻纖維織物疊成2-20層 布塊，將布塊熱壓成型后固化，得到交替組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述的麻纖維織物選用苧麻纖 維、亞麻纖維、大麻纖維或劍麻纖維中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述的熱固性樹脂選用酚醛樹 月旨、環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述的將布塊熱壓成型后固化， 熱壓溫度100-150°C，壓強0. 5MPa-10MPa，熱壓時間0. 5_5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中采用真空壓力浸滲， 真空度為IX ICT1-I X 10_3Pa，壓強為0.01-0. 1個大氣壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中采用無壓自發(fā)浸滲， 真空度為 ι χ IiT1-I X l(T3Pa。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料的制備方法，首先制備麻纖維織物模板，包括制備織物組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板或制備交替組織結(jié)構(gòu)麻纖維織物模板，然后進行高溫真空/惰性氣體氣氛碳化燒結(jié)，最后真空浸滲熔融金屬。本發(fā)明制備方法制備得到的麻纖維織物結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬復合材料，具有質(zhì)輕、消振、吸音、減摩耐磨和電磁屏蔽性好的特點，提高了遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/金屬復合材料結(jié)構(gòu)的“可設計性”，賦予了其新的結(jié)構(gòu)和功能特性，具有更廣闊的應用前景。
文檔編號C22C47/10GK101838782SQ201010301408
公開日2010年9月22日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者付翀, 姜鳳陽, 張金彥, 楊敏鴿, 王俊勃, 王瓊, 申明乾, 賀辛亥 申請人:西安工程大學