專利名稱：異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁基復(fù)合材料的制備方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法。
背景技術(shù)：
汽車是我國重點發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，為提高汽車的熱效率(節(jié)能)和性能，開發(fā)和應(yīng)用重量輕、耐磨性好、壽命長的發(fā)動機(jī)是國內(nèi)外汽車工業(yè)發(fā)展所追求的重要目標(biāo)。發(fā)動機(jī)活塞是影響發(fā)動機(jī)功率和熱效率的重要零件，工業(yè)發(fā)達(dá)國家已采用Al2O3短陶瓷纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料作為活塞頭部，使燃油效率提高了 3%以上，同時顯著提高了活塞的使用壽命。為進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的耐熱性和耐磨性，國內(nèi)外正著力開發(fā)Al2O3纖維與C纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。C纖維的含量是影響復(fù)合材料力學(xué)性能的重要因素。生產(chǎn)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的關(guān)鍵工藝之一是短纖維預(yù)制體的制備。預(yù)制體成型質(zhì)量顯著影響復(fù)合材料的性能。單一纖維預(yù)制體成型常采用傳統(tǒng)的“水法”，例如中國專利公開(告)號為CN1079425，公開(告)日為1993年12月15日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為復(fù)合材料用陶瓷纖維預(yù)制體的制備方法，其工藝流程為首先將陶瓷纖維切割分散再排碴分選，然后將纖維分散于水中，注模、氣壓下濾水，機(jī)械加壓成型；而后加入粘結(jié)劑，氣壓濾過，經(jīng)后處理最終得到所需的預(yù)制體。對于異質(zhì)短纖維混雜預(yù)制體，需要考慮纖維混合的問題，因此工藝過程較為復(fù)雜。目前Al2O3纖維與C纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備技術(shù)的問題主要有兩方面，一是異質(zhì)纖維混合過程中的聚集成團(tuán)現(xiàn)象，二是細(xì)小C纖維具有較高的韌性，使預(yù)制體在壓制壓力除去后易發(fā)生回彈，導(dǎo)致預(yù)制體不能成型。因而，存在C纖維在混雜纖維之中所占比例較小的限制，C纖維長度大于2mm，且制備方法較為復(fù)雜的問題，這一問題已引起廣大工程技術(shù)人員的極大關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的是C纖維在混雜纖維之中所占比例較小、C纖維長度大于2mm及制備方法較為復(fù)雜的技術(shù)問題，提供了一種異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的所述的異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法包括如下步驟1.非連續(xù)C纖維與非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選1)非連續(xù)C纖維的前處理和篩選將連續(xù)C纖維在按重量比含NaOH為2% 8%的溶液中煮沸1 12分鐘，以去除 C纖維表面活性離子，然后將連續(xù)C纖維剪斷成長為1 1. 8mm的非連續(xù)C纖維，采用撥輪式攪拌裝置在70 80°C水中攪拌非連續(xù)C纖維5 10分鐘，采用過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)C纖維過濾撈出。2)非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選
將連續(xù)Al2O3纖維剪斷成長為5 8mm的非連續(xù)Al2O3纖維，采用撥輪式攪拌裝置將非連續(xù)Al2O3纖維在70 80°C水中攪拌5 10分鐘，利用孔徑為53 μ m的過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)Al2O3纖維過濾撈出。
2.非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維混合處理將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維兩種材料按重量為1 0. 55的比例在撥輪式攪拌裝置水中混合攪拌，水溫控制在70 80°C之間，混合均勻后過濾，除去懸浮在上層的雜質(zhì)得到纖維漿。3.濕態(tài)預(yù)制體加壓固化1)在纖維漿中加入按重量比為10% 20%的有機(jī)粘結(jié)劑即羧甲基纖維素，預(yù)制體成型中的保壓時間為5 15分鐘，保壓壓力為5-15MPa。2)將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維預(yù)制體在110°C下烘干，烘干后的預(yù)制體在氮氣保護(hù)下，加入活性炭粉密封燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650 700°C，燒結(jié)過程中需在上層活性炭粉的上表面上及下層活性炭粉的底面下放入石棉墊板。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明所述的異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法采用了化學(xué)方法，將C纖維在NaOH溶液中煮沸，去除了細(xì)小纖維表面的活性離子，使其在其后兩種纖維混合過程中不易聚集。有效地增強(qiáng)了異質(zhì)纖維混合的均勻性。2.本發(fā)明所述的異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法在保持壓制壓力的情況下，以纖維素為粘結(jié)劑，有效地克服了 C纖維的回彈問題，保證了混雜纖維預(yù)制體的成型效果。3.本發(fā)明所述的異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法工藝成熟、 穩(wěn)定，可實現(xiàn)工業(yè)化成批量生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明圖1本發(fā)明所述的異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法的工藝流程圖；圖2本發(fā)明所述的異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體制備過程的示意圖；圖中1.壓頭，2.墊板，3.羧甲基纖維素，4.活性C粉，5.Al203f+Cf混合纖維，6.加
熱裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述本發(fā)明所述的異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法是以非連續(xù) A1203纖維和非連續(xù)C纖維為原材料，2種組份的含量按重量比可達(dá)到1 0.55，非連續(xù)C 纖維長度可達(dá)到1mm，采用加壓固化工藝，其主要工藝流程如下1.非連續(xù)C纖維與非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選1)非連續(xù)C纖維的前處理和篩選首先將連續(xù)C纖維在按重量比含NaOH為2% 8%的溶液中煮沸1 12分鐘，以去除C纖維表面活性離子。然后用切割裁片機(jī)將連續(xù)C纖維剪斷成長為1 1. 8mm的非連續(xù)C纖維。秤量非連續(xù)C纖維，采用撥輪式攪拌裝置，在70 80°C水中攪拌5 10分鐘， 以分散非連續(xù)C纖維，該方法可以有效的消除非連續(xù)C纖維聚集成團(tuán)現(xiàn)象。采用過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)C纖維過濾撈出。2)非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選將連續(xù)Al2O3纖維剪斷成長為5 8mm的非連續(xù)Al2O3纖維。采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維在70 80°C水中攪拌5 10分鐘。利用孔徑為53 μ m的過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)Al2O3纖維過濾撈出，并注意不要將礦渣帶入。 2.非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維混合處理采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維兩種材料按重量為1 0. 55的比例在水中混合攪拌，在攪拌過程中將水溫控制在70 80°C之間，混合均勻后過濾，將懸浮在上層的雜質(zhì)撇凈，得到纖維漿。3.濕態(tài)預(yù)制體加壓固化參閱圖2，圖中表示了濕態(tài)預(yù)制體加壓固化工藝過程1)由于C纖維的存在，非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維預(yù)制體在壓制壓力取消后存在反彈現(xiàn)象，C纖維加入量越大，反彈現(xiàn)象越嚴(yán)重。為保證預(yù)制體的成型效果，在得到的纖維漿中按重量比加入10% 20%的有機(jī)粘結(jié)劑即羧甲基纖維素，然后放入模具中加壓成型為預(yù)制體，預(yù)制體成型中的保壓時間為5 15分鐘，保壓壓力為5 15MPa，可以有效的控制回彈現(xiàn)象。2)將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維預(yù)制體在110°C下烘干，烘干后的預(yù)制體在氮氣保護(hù)下，加入活性炭粉密封燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650 700°C，燒結(jié)過程中需在上層活性炭粉的上表面上及下層活性炭粉的底面下放入石棉墊板。實例11.非連續(xù)C纖維與非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選1)非連續(xù)C纖維的前處理和篩選首先將連續(xù)C纖維在按重量比濃度為5%的NaOH的溶液中煮沸3分鐘，以去除C 纖維表面活性離子。然后用切割裁片機(jī)將連續(xù)C纖維剪斷成長為1 1. Imm的非連續(xù)C纖維。秤量非連續(xù)C纖維，采用撥輪式攪拌裝置，在70°C熱水中攪拌5分鐘，以分散非連續(xù)C 纖維。采用過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)C纖維過濾撈出。2)非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選將連續(xù)Al2O3纖維剪斷成長為5 8mm的非連續(xù)Al2O3纖維。采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維在70°C熱水中攪拌5分鐘。利用孔徑為53 μ m的過濾篩撈出非連續(xù)Al2O3纖維，并注意不要將礦渣帶入。2.非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維混合處理采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維兩種材料按重量為 20 11的比例在水中混合攪拌10分鐘，在混合攪拌過程中將水溫控制在70 80°C之間， 混合均勻后過濾，將懸浮在上層的雜質(zhì)撇凈，得到纖維漿。3.濕態(tài)預(yù)制體加壓固化在纖維漿中按重量比加入20%的有機(jī)粘結(jié)劑(羧甲基纖維素)，預(yù)制體成型中的保壓時間為5分鐘，保壓壓力為5MPa，然后將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維預(yù)制體在 110°C下烘干，烘干后的預(yù)制體在氮氣保護(hù)下，加入活性炭粉密封燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650°C， 燒結(jié)過程中需在上層活性炭粉的上表面上及下層活性炭粉的底面下放入石棉墊板。實例21.非連續(xù)C纖維與非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選1)非連續(xù)C纖維的前處理和篩選首先將連續(xù)C纖維在按重量比濃度為3%的NaOH的溶液中煮沸10分鐘，以去除C 纖維表面活性離子。然后用切割裁片機(jī)將連續(xù)C纖維剪斷成長為1. 1 1. 2mm的非連續(xù)C 纖維。秤量非連續(xù)C纖維，采用撥輪式攪拌裝置，在80°C熱水中攪拌8分鐘，以分散非連續(xù) C纖維。采用過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)C纖維過濾撈出。2)非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選將連續(xù)Al2O3纖維剪斷成長為5 8mm的非連續(xù)Al2O3纖維。采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維在80°C熱水中攪拌8分鐘。利用孔徑為53 μ m的過濾篩撈出非連續(xù)Al2O3纖維，并注意不要將礦渣帶入。2.非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維混合處理采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維兩種材料按重量為 8 5的比例在水中混合攪拌，在混合攪拌過程中將水溫控制在70 80°C之間，混合均勻后過濾，將懸浮在上層的雜質(zhì)撇凈，得到纖維漿。3.濕態(tài)預(yù)制體加壓固化工藝。在纖維漿中按重量比加入10%的有機(jī)粘結(jié)劑(羧甲基纖維素)，預(yù)制體成型中的保壓時間為8分鐘，保壓壓力為8MPa，然后將非連續(xù)A1203纖維和非連續(xù)C纖維預(yù)制體在 110°C下烘干，烘干后的預(yù)制體在氮氣保護(hù)下，加入活性炭粉密封燒結(jié)，燒結(jié)溫度為670°C， 燒結(jié)過程中需在上層活性炭粉的上表面上及下層活性炭粉的底面下放入石棉墊板。實例31.非連續(xù)C纖維與非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選1)非連續(xù)C纖維的前處理和篩選首先將連續(xù)C纖維在按重量比濃度為2%的NaOH的溶液中煮沸12分鐘，以去除C 纖維表面活性離子。然后用切割裁片機(jī)將連續(xù)C纖維剪斷成長為1. 2 1. 5mm的非連續(xù)C 纖維。秤量非連續(xù)C纖維，采用撥輪式攪拌裝置，在75°C熱水中攪拌7分鐘，以分散非連續(xù) C纖維。采用過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)C纖維過濾撈出。2)非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選將連續(xù)Al2O3纖維剪斷成長為5 8mm的非連續(xù)Al2O3纖維。采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維在75°C熱水中攪拌7分鐘。利用孔徑為53 μ m的過濾篩撈出非連續(xù)Al2O3纖維，并注意不要將礦渣帶入。2.非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維混合處理采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維兩種材料按重量為 4 3的比例在水中混合攪拌8分鐘，在混合攪拌過程中將水溫控制在70 80°C之間，混合均勻后過濾，將懸浮在上層的雜質(zhì)撇凈，得到纖維漿。3.濕態(tài)預(yù)制體加壓固化工藝。
在纖維漿中按重量比加入15%的有機(jī)粘結(jié)劑(羧甲基纖維素)，預(yù)制體成型中的保壓時間為10分鐘，保壓壓力為12MPa，然后將非連續(xù)A1203纖維和非連續(xù)C纖維預(yù)制體在 110°C下烘干，烘干后的預(yù)制體在氮氣保護(hù)下，加入活性炭粉密封燒結(jié)，燒結(jié)溫度為690°C， 燒結(jié)過程中需在上層活性炭粉的上表面上及下層活性炭粉的底面下放入石棉墊板。實例 41.非連續(xù)C纖維與非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選1)非連續(xù)C纖維的前處理和篩選首先將連續(xù)C纖維在按重量比濃度為8%的NaOH的溶液中煮沸1分鐘，以去除C 纖維表面活性離子。然后用切割裁片機(jī)將連續(xù)C纖維剪斷成長為1. 5 1. 8mm的非連續(xù)C 纖維。秤量非連續(xù)C纖維，采用撥輪式攪拌裝置，在70°C熱水中攪拌10分鐘，以分散非連續(xù)C纖維，該方法可以有效的消除非連續(xù)C纖維聚集成團(tuán)現(xiàn)象。采用過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)C纖維過濾撈出。2)非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選將連續(xù)Al2O3纖維剪斷成長為5 8mm的非連續(xù)Al2O3纖維。采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維在80°C熱水中攪拌10分鐘。利用孔徑為53 μ m的過濾篩撈出非連續(xù)Al2O3纖維，并注意不要將礦渣帶入。2.非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維混合處理采用撥輪式攪拌裝置，將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維兩種材料按重量為 1 1的比例在水中混合攪拌7分鐘，在混合攪拌過程中將水溫控制在70 80°C之間，混合均勻后過濾，將懸浮在上層的雜質(zhì)撇凈，得到纖維漿。3.濕態(tài)預(yù)制體加壓固化工藝。在纖維漿中按重量比加入10%的有機(jī)粘結(jié)劑(羧甲基纖維素)，預(yù)制體成型中的保壓時間為15分鐘，保壓壓力為15MPa，然后將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維預(yù)制體在 110°C下烘干，烘干后的預(yù)制體在氮氣保護(hù)下，加入活性炭粉密封燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700°C， 燒結(jié)過程中需在上層活性炭粉的上表面上及下層活性炭粉的底面下放入石棉墊板。
權(quán)利要求
1. 一種異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法，其特征在于，所述的異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法包括如下步驟1)非連續(xù)C纖維與非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選(1)非連續(xù)C纖維的前處理和篩選將連續(xù)C纖維在按重量比含NaOH為2% 8%的溶液中煮沸1 12分鐘，以去除C纖維表面活性離子，然后將連續(xù)C纖維剪斷成長為1 1. 8mm的非連續(xù)C纖維，采用撥輪式攪拌裝置在70 80°C水中攪拌非連續(xù)C纖維5 10分鐘，采用過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)C纖維過濾撈出；(2)非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選將連續(xù)Al2O3纖維剪斷成長為5 8mm的非連續(xù)Al2O3纖維，采用撥輪式攪拌裝置將非連續(xù)Al2O3纖維在70 80°C水中攪拌5 10分鐘，利用孔徑為53 μ m的過濾篩及懸浮分選裝置將非連續(xù)Al2O3纖維過濾撈出；2)非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維混合處理將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維兩種材料按重量為1 0. 55的比例在撥輪式攪拌裝置水中混合攪拌，水溫控制在70 80°C之間，混合均勻后過濾，除去懸浮在上層的雜質(zhì)得到纖維漿；3)濕態(tài)預(yù)制體加壓固化(1)在纖維漿中加入按重量比為10% 20%的有機(jī)粘結(jié)劑即羧甲基纖維素，預(yù)制體成型中的保壓時間為5 15分鐘，保壓壓力為5-15MPa ；(2)將非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維預(yù)制體在110°C下烘干，烘干后的預(yù)制體在氮氣保護(hù)下，加入活性炭粉密封燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650 700°C，燒結(jié)過程中需在上層活性炭粉的上表面上及下層活性炭粉的底面下放入石棉墊板。
全文摘要
本發(fā)明公開了異質(zhì)短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法，步驟1.非連續(xù)C纖維與非連續(xù)Al2O3纖維的前處理和篩選連續(xù)C纖維在2％～8％的NaOH溶液中煮沸1～12分鐘剪斷至1～1.8mm，采用撥輪式攪拌裝置在70～80℃水中攪拌非連續(xù)C纖維過濾撈出；將連續(xù)Al2O3纖維剪斷至5～8mm，用撥輪式攪拌裝置在70～80℃水中攪拌非連續(xù)Al2O3纖維過濾撈出。2.非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維混合處理非連續(xù)Al2O3纖維和非連續(xù)C纖維按重量1～0.5比例在70～80℃水中混合攪拌，除去懸浮在上層的雜質(zhì)得纖維漿。3.濕態(tài)預(yù)制體加壓固化加入有機(jī)粘結(jié)劑、保壓、烘干與650～700℃下燒結(jié)。
文檔編號C22C121/00GK102174686SQ201110009800
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者劉家安, 劉耀輝, 朱先勇, 杜軍 申請人:吉林大學(xué)