專利名稱：連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維以其低的密度，近于零的熱膨脹系數(shù)，高的彈性模量和優(yōu)異的力學性能使其受到越來越多人的研究和重視，用其作為增強體制備出的碳纖維增強鋁基復合材料具有高的比強度、比剛度、低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異性能。但因碳纖維表面光滑、表面能低、反應活性低，作為增強體制備鋁基復合材料時與基體的潤濕性差，較高溫度時還很容易與基體發(fā)生不良的界面反應，界面反應過多時容易引起鋁合金與碳纖維之間形成過強的界面結(jié)合，使制備出的復合材料受到拉伸載荷作用時產(chǎn)生脆性斷裂，導致復合材料的力學性能較低，制約其研究和推廣應用。在碳纖維表面進行涂層改性處理可以有效改善碳纖維與基體合金之間的潤濕性，提高復合材料的浸滲效果，并阻止不良界面反應的發(fā)生，合理控制碳纖維和鋁合金之間的界面結(jié)合力，從而使碳纖維增強鋁基復合材料的力學性能達到理想狀態(tài)?，F(xiàn)有碳纖維表面的涂層材料主要有熱解碳(PyC)、二氧化硅(Si02)、碳化硅(SiC)、鎳(Ni)涂層等，通常采用化學氣相沉 積(CVD)、溶膠凝膠法、化學鍍等方法制備。中國專利公開號CN101705456B公布了一種在碳纖維表面化學鍍鎳涂層來制備碳纖維增強鎂基復合材料的方法，該方法可以增強碳纖維與基體之間的潤濕性，改善復合材料的浸滲效果和提高其力學性能。經(jīng)過文獻檢索發(fā)現(xiàn)，文獻“曾慶冰.溶膠-凝膠法TiO2涂層碳纖維增強鋁基復合材料[J].金屬學報，1997，33 (9):1003-1009”采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面制備出TiO2涂層，進而制備出鋁基復合材料，TiO2的熱膨脹系數(shù)介于碳纖維和鋁合金之間，用它作為過渡層，可以減少碳纖維、鋁合金之間由于熱膨脹系數(shù)不同帶來的界面熱應力，增進兩者的相容性，同時TiO2的表面能較高，與鋁液的潤濕角優(yōu)于碳、鋁之間，這就能夠改善碳纖維與鋁合金之間的潤濕性和界面結(jié)合性，并在一定程度上控制了復合材料的孔洞缺陷的產(chǎn)生。然而，基于自身特點，上述所制備出的涂層有其自身應用范圍，鎳涂層雖可改善碳纖維與基體合金的潤濕性，但單獨作為涂層時容易在復合材料中生成不良的脆性相，文獻調(diào)研也表明，它對控制碳纖維與鋁合金之間的界面反應效果有限，溶膠-凝膠法雖可制備出適宜于做過渡層的并可改善潤濕性的TiO2涂層，但通常情況下，整個溶膠一凝膠過程所需時間較多，周期較長，效率較低，且凝膠中存在大量微孔，在干燥過程中又將會逸出許多氣體及有機物，并產(chǎn)生收縮，也會對涂層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，影響理想碳纖維增強金屬基復合材料的成功制備。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的周期較長，效率較低，且凝膠中存在大量微孔，在干燥過程中逸出氣體及有機物對涂層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，影響碳纖維增強金屬基復合材料的制備的不足，本發(fā)明提出了一種連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法。本發(fā)明的具體過程是:步驟1，在碳纖維表面沉積熱解碳涂層。采用常規(guī)的化學氣相沉積法沉積熱解碳涂層。涂層工藝參數(shù)為:N2通入量為0.1 0.5m3/h, CH4通入量為16_24L/h，沉積溫度為1000 1200°C，沉積時間為1 3小時，待化學氣相沉積爐冷卻至室溫后，取出碳纖維，得到表面制備有熱解碳涂層的碳纖維。步驟2，表面化學鍍鎳預處理。對沉積過熱解碳涂層的碳纖維進行表面化學鍍鎳預處理，具體是:第一步，對得到的表面制備有熱解碳涂層的碳纖維進行粗化處理。將碳纖維放入H2SO4:HN03=3:1的混酸溶液中粗化處理I 2個小時；所述H2SO4與HNO3的比例均為體積比。第二步，對粗化后的碳纖維進行中和處理。將粗化后的碳纖維放入質(zhì)量比為10 20%的NaOH溶液中浸泡10 20min，并不斷地用玻璃棒攪拌，以除去碳纖維表面的混酸；用蒸餾水清洗碳纖維至中性。第三步，對中和后的碳纖維進行敏化處理。將SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，配制成敏化液，再將經(jīng)過中和處理的碳纖維在室溫下放入該溶液中浸泡20 30mino第四步，對經(jīng)過敏化處理碳纖維進行活化處理，將2 5g硝酸銀溶于IOOml的蒸餾水中，得到硝酸銀溶液。將所述的硝酸銀溶液用蒸餾水稀釋至1L，配制成活化溶液。在室溫下將經(jīng)過敏化處理碳纖維放入得到的活化溶液中活化10 30min，得到經(jīng)過活化處理的碳纖維。第五步，對活化后的碳纖維進行還原處理，將SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，得到敏化液；將經(jīng)過活化處理的碳纖維浸入次磷酸鈉的溶液中，在室溫下機械攪拌I 5min，得到表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維，取出備用。步驟3，制備化學鍍鎳溶液所述化學鍍鎳溶液由A溶液和B溶液混合并攪拌均勻后，經(jīng)過調(diào)節(jié)PH值而成。其中A溶液是將30 50g/L硫酸鎳溶液、18 30g/L醋酸鈉溶液和30 40g/L硫酸銨溶液分別依次混合并攪拌均勻配制而成。B溶液是將36 50g/L次亞磷酸鈉溶液和10 20g/L檸檬酸三鈉溶液混合并攪拌均勻配制而成。將A溶液與B溶液混合均勻；調(diào)節(jié)由A溶液與B溶液配制的混合溶液的PH值至4.5 6.5，得到化學鍍鎳溶液。配制混合溶液A時，先將硫酸鎳溶液與醋酸鈉溶液混合并攪拌均勻后，再加入硫酸銨溶液混合并攪拌均勻。步驟4，碳纖維表面化學鍍鎳涂層。將得到的碳纖維化學鍍鎳溶液置浴溫度為85 95°C恒溫浴水箱內(nèi)，將表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維放置在施鍍?nèi)芤褐?，?jīng)過5 ISmin進行化學施鍍并烘干，得到制備有熱解碳/鎳復合涂層的碳纖維。本發(fā)明采用化學氣相沉積法(CVD)在無緯碳纖維布內(nèi)的碳纖維表面制備熱解碳涂層，熱解碳涂層厚度在0.03-0.1 u m之間，再采用化學鍍法在制備有熱解碳涂層的碳纖維表面制備鎳涂層，通過控制碳纖維在化學鍍鎳溶液(施鍍?nèi)芤?中的反應時間，使鎳涂層厚度在0.02-0.1 u m之間，從而獲得含有熱解碳/鎳復合涂層的碳纖維，復合涂層的厚度在0.05-0.2 u m 之間。 本發(fā)明為解決單獨使用鎳涂層易在復合材料中生成不良的脆性相，且界面結(jié)合難以有效控制，使用溶膠-凝膠法制備涂層周期長，涂層中易產(chǎn)生微孔的問題，并實現(xiàn)碳纖維與基體潤濕性得到改善，且使兩者之間有過渡層存在，以避免由于熱膨脹系數(shù)不匹配而帶來的復合材料孔洞缺陷的產(chǎn)生，有效地提高復合材料制備效果。具體是在碳纖維表面先通過化學氣相沉積法(CVD)制備出的熱解碳涂層可以保護碳纖維不被損傷破壞，并且可以控制碳纖維和基體合金之間的界面結(jié)合性。在此基礎(chǔ)上又通過化學鍍法可以制備出厚度可控，均勻的鎳涂層，能夠改善碳纖維與鋁合金之間的潤濕性，大大提高碳纖維增強鋁基復合材料的均勻化浸滲效果。并且鎳涂層的熱膨脹系數(shù)介于碳纖維和鋁合金之間，可以減少兩者的界面熱應力，控制復合材料凝固時由于熱膨脹系數(shù)不匹配帶來的孔洞等缺陷，發(fā)揮出熱解碳涂層和鎳涂層的綜合優(yōu)勢，為理想碳纖維增強鋁基復合材料的成功制備做好前提準備。本發(fā)明首先在碳纖維表面用CVD法制備出的熱解碳涂層，該涂層是一種良好的抗氧化涂層，碳纖維在300°C以上時容易發(fā)生氧化，有了該涂層的存在可以較好地防止纖維被氧化，同時涂層包覆在碳纖維的表面，起到傳遞載荷的作用，可以有效地保護碳纖維不被損傷破壞。同時，碳纖維與鋁合金之間本身容易發(fā)生較嚴重的界面反應，在碳纖維與鋁合金之間有熱解碳涂層的存在，由于熱解碳的微觀結(jié)構(gòu)更趨于石墨化，石墨化纖維一般不易與鋁合金發(fā)生界面反應，這就能夠在一定程度上減少碳纖維與鋁合金之間的過多不良界面反應的發(fā)生，調(diào)節(jié)碳纖維和鋁合金之間界面結(jié)合性。通過化學鍍法制備出均勻的鎳涂層，克服傳統(tǒng)溶膠凝膠等常見涂層制備方法周期長和效率低、涂層中間有微孔等的不足，通常整個溶膠一凝膠過程所需時間特別是陳化時間需要幾天甚至幾周，而本發(fā)明中的化學鍍鎳過程一般可以在一天甚至幾個小時內(nèi)就可以完成。同時，由于鎳和鋁合金之間的潤濕性明顯優(yōu)于碳纖維與鋁合金之間的潤濕性，這樣碳纖維表面的鎳涂層就可以改善碳纖維與鋁合金之間的潤濕效果，同等工藝條件下，可提高碳纖維增強鋁基復合材料的均勻化浸滲效果。此外，鎳涂層的熱膨脹系數(shù)介于碳纖維和鋁合金之間，可以在兩者之間很好地發(fā)揮應力的緩沖作用，從而可以減少兩者的界面熱應力，控制復合材料凝固時由于熱膨脹系數(shù)不匹配帶來的孔洞等缺陷的出現(xiàn)，適宜于理想碳纖維增強鋁基復合材料的制備。附圖2中給出了制備有復合涂層的碳纖維表面涂層的EDS分析結(jié)果，從元素分布情況可以看出，在碳纖維表面制備得到了含有熱解碳/鎳的復合涂層。經(jīng)過試驗檢驗和驗證，采用壓力浸滲法，運用本發(fā)明中的復合涂層所制備的碳纖維增強鋁基復合材料，浸滲效果良好，沒有明顯的孔洞缺陷，復合材料的拉伸強度與基體鋁合金相比提高了 60%以上。


圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2為本發(fā)明所制備的熱解碳/鎳復合涂層的EDS分析結(jié)果，表明在碳纖維表面制備得到了含有熱解碳/鎳復合涂層。
具體實施例方式實施例1本實施例是一種連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法，實施例中所用碳纖維為12K的1700碳纖維。本實施例的具體步驟為:步驟I，在碳纖維表面沉積熱解碳涂層。將12K的1700碳纖維安放在化學氣相沉積爐內(nèi)，采用常規(guī)的化學氣相沉積法沉積熱解碳涂層。涂層工藝參數(shù)為:隊通入量為0.1
0.5m3/h, CH4通入量為16-24L/h，沉積溫度為1000 1200°C，沉積時間為I 3小時，待化學氣相沉積爐冷卻至室溫后，取出碳纖維，得到表面制備有熱解碳涂層的碳纖維。本實施例中，N2通入量為0.lm3/h, CH4通入量為18L/h，沉積溫度為1000°C，沉積時間為I小時。步驟2，對沉積過熱解碳涂層的碳纖維進行表面化學鍍鎳預處理具體是:第一步，對得到的表面制備有熱解碳涂層的碳纖維進行粗化處理。將碳纖維放入H2SO4:HN03=3:1的混酸溶液中粗化處理I 2個小時；所述H2SO4與HNO3的比例為體積比。本實施例中，粗化處理的時間為I小時。第二步，對粗化后的碳纖維進行中和處理。將粗化后的碳纖維放入質(zhì)量比為10 20%的NaOH溶液中浸泡10 20min，并不斷地用玻璃棒攪拌，以除去碳纖維表面的混酸，然后用蒸餾水洗至中性。本實施例中，NaOH溶液的濃度為15%，碳纖維在NaOH溶液中浸泡時間為IOmin。第三步，對中和后的碳纖維進行敏化處理。將購買來的SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，稀釋過程中要用玻璃棒不斷地機械攪拌使其均勻，從而配制成敏化液，再將經(jīng)過中和處理的碳纖維在室溫下放入該溶液中浸泡20 30min。本實施例中，311(:12溶液用蒸餾水稀釋后的濃度為10g/L，敏化處理的時間為20min。第四步，對經(jīng)過敏化處理碳纖維進行活化處理，將稱量好的硝酸銀2 5g溶于100ml的蒸餾水中，得到高濃度的硝酸銀溶液。將配置好的高濃度的硝酸銀溶液用蒸餾水稀釋至1L，配制成活化溶液。在室溫下將經(jīng)過敏化處理碳纖維放入得到的活化溶液中活化10 30min，得到經(jīng)過活化處理的碳纖維。本實施例中，硝酸銀的用量為3g，對經(jīng)過敏化處理的碳纖維進行活化的時間為15min。第五步，對活化后的碳纖維進行還原處理，將購買來的SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，稀釋過程中要用玻璃棒不斷地攪拌使其均勻，從而配制敏化液，將經(jīng)過活化處理的碳纖維浸入次磷酸鈉的溶液中，在室溫下機械攪拌I 5min，得到表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維，取出備用。本實施例中，SnCl2溶液的濃度為10g/L，機械攪拌的時間為5min。步驟3，化學鍍鎳溶液是由A溶液和B溶液混合并機械攪拌均勻，并經(jīng)過調(diào)節(jié)PH值而成。其中A溶液是將30 50g/L硫酸鎳溶液、18 30g/L醋酸鈉溶液和30 40g/L硫酸銨溶液分別依次混合均勻配制而成。B溶液是由36 50g/L次亞磷酸鈉溶液和10 20g/L檸檬酸三鈉溶液混合并機械攪拌均勻配制而成。將A溶液和B溶液混合均勻。鹽酸調(diào)節(jié)由A溶液和B溶液的混合溶液的PH值為4.5 6.5，得到化學鍍鎳溶液。再配制A溶液時，先將硫酸鎳溶液與醋酸鈉溶液混合并攪拌均勻后，再加入硫酸銨溶液混合并攪拌均勻。本實施例中，所述硫酸鎳為30g/L，醋酸鈉為18g/L，硫酸銨為30g/L ;所述次亞磷酸鈉為36g/L，檸檬酸三鈉為15g/L ;碳纖維化學鍍鎳溶液的PH值為4.8。步驟4，碳纖維表面化學鍍鎳涂層。將得到的碳纖維化學鍍鎳溶液放置在恒溫浴水箱，并使所述恒溫浴水箱的溫度保持在85 95°C，將表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維放置在施鍍?nèi)芤褐校?jīng)過5 18min進行化學施鍍，施鍍完成以后，從溶液中取出并烘干，得到制備有熱解碳/鎳復合涂層的碳纖維。本實施例中，恒溫浴水箱的溫度為85°C ;化學施鍍的時間為15min。

實施例2本實施例是一種連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法，實施例中所用碳纖維為3K的T300碳纖維。本實施例的具體步驟為:步驟I，在碳纖維表面沉積熱解碳涂層。將3K的T300碳纖維安放在化學氣相沉積爐內(nèi)，采用常規(guī)的化學氣相沉積法沉積熱解碳涂層。涂層工藝參數(shù)為:隊通入量為0.1
0.5m3/h, CH4通入量為16-24L/h，沉積溫度為1000 1200°C，沉積時間為I 3小時，待化學氣相沉積爐冷卻至室溫后，取出碳纖維，得到表面制備有熱解碳涂層的碳纖維。本實施例中，N2通入量為0.3m3/h, CH4通入量為20L/h，沉積溫度為1050°C，沉積時間為1.5小時。步驟2，對沉積過熱解碳涂層的碳纖維進行表面化學鍍鎳預處理具體是，第一步，對得到的表面制備有熱解碳涂層的碳纖維進行粗化處理。將碳纖維放入H2SO4:HN03=3:1的混酸溶液中粗化處理I 2個小時；所述H2SO4與HNO3的比例為體積比。本實施例中，粗化處理的時間為1.5小時。第二步，對粗化后的碳纖維進行中和處理。將粗化后的碳纖維放在質(zhì)量比為10 20%的NaOH溶液中浸泡10 20min，并不斷地用玻璃棒攪拌，以除去碳纖維表面的混酸，然后用蒸餾水洗至中性。本實施例中，NaOH溶液的濃度為15%，碳纖維在NaOH溶液中浸泡時間為15min。第三步，對中和后的碳纖維進行敏化處理。將購買來的SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，稀釋過程中要用玻璃棒不斷地機械攪拌使其均勻，從而配制成敏化液，再將經(jīng)過中和處理的碳纖維在室溫下放入該溶液中20 30min。本實施例中，SnCl2溶液用蒸餾水稀釋后的濃度為15g/L，敏化處理的時間為25min。第四步，對經(jīng)過敏化處理碳纖維進行活化處理，將稱量好的硝酸銀2 5g溶于IOOml的蒸餾水中，得到高濃度的硝酸銀溶液。將配置好的高濃度的硝酸銀溶液用蒸餾水稀釋至1L，配制成活化溶液。在室溫下將經(jīng)過敏化處理碳纖維放入得到的活化溶液中活化10 30min，得到經(jīng)過活化處理的碳纖維。本實施例中，硝酸銀的用量為4g，對經(jīng)過敏化處理的碳纖維進行活化的時間為20min。第五步，對活化后的碳纖維進行還原處理，將購買來的SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，稀釋過程中要用玻璃棒不斷地攪拌使其均勻，從而配制敏化液，將經(jīng)過活化處理的碳纖維浸入次磷酸鈉的溶液中，在室溫下機械攪拌I 5min，得到表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維，取出備用。本實施例中，SnCl2溶液的濃度為15g/L，機械攪拌的時間為5min。
步驟3，化學鍍鎳溶液是由A溶液和B溶液混合并機械攪拌均勻，并經(jīng)過調(diào)節(jié)PH值rfu 。其中A溶液是將30 50g/L硫酸鎳溶液、18 30g/L醋酸鈉溶液和30 40g/L硫酸銨溶液分別依次混合均勻配制而成。B溶液是由36 50g/L次亞磷酸鈉溶液和10 20g/L檸檬酸三鈉溶液混合并機械攪拌均勻配制而成。將A溶液和B溶液混合均勻。鹽酸調(diào)節(jié)由A溶液和B溶液的混合溶液的PH值為4.5 6.5，得到化學鍍鎳溶液。再配制A溶液時，先將硫酸鎳溶液與醋酸鈉溶液混合并攪拌均勻后，再加入硫酸銨溶液混合并攪拌均勻。本實施例中，所述硫酸鎳為40g/L，醋酸鈉為25g/L，硫酸銨為35g/L ;所述次亞磷酸鈉為40g/L，檸檬酸三鈉為15g/L ;碳纖維化學鍍鎳溶液的PH值為5。步驟4，碳纖維表面化學鍍鎳涂層。將得到的碳纖維化學鍍鎳溶液放置在恒溫浴水箱，并使所述恒溫浴水箱的溫度保持在85 95°C，將表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維放置在施鍍?nèi)芤褐校?jīng)過5 18min進行化學施鍍，施鍍完成以后，從溶液中取出并烘干，得到制備有熱解碳/鎳復合涂層的碳纖維。本實施例中，恒溫浴水箱的溫度為85°C ;化學施鍍的時間為lOmin。實施例3本實施例是一種連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法，實施例中所用碳纖維為6K的1700碳纖維。本實施例的具體步驟為:
步驟I，在碳纖維表面沉積熱解碳涂層。將6K的1700碳纖維安放在化學氣相沉積爐內(nèi)，采用常規(guī)的化學氣相沉積法沉積熱解碳涂層。涂層工藝參數(shù)為:隊通入量為0.1
0.5m3/h, CH4通入量為16-24L/h，沉積溫度為1000 1200°C，沉積時間為I 3小時，待化學氣相沉積爐冷卻至室溫后，取出碳纖維，得到表面制備有熱解碳涂層的碳纖維。本實施例中，N2通入量為0.5m3/h, CH4通入量為24L/h，沉積溫度為1100°C，沉積時間為2小時。步驟2，對沉積過熱解碳涂層的碳纖維進行表面化學鍍鎳預處理具體是:第一步，對得到的表面制備有熱解碳涂層的碳纖維進行粗化處理。將碳纖維放入H2SO4:HN03=3:1的混酸溶液中粗化處理I 2個小時；所述H2SO4與HNO3的比例為體積比。本實施例中，粗化處理的時間為2小時。第二步，對粗化后的碳纖維進行中和處理。將粗化后的碳纖維放在質(zhì)量比為10 20%的NaOH溶液中浸泡10 20min，并不斷地用玻璃棒攪拌，以除去碳纖維表面的混酸，然后用蒸餾水洗至中性。本實施例中，NaOH溶液的濃度為20%，碳纖維在NaOH溶液中浸泡時間為20min。第三步，對中和后的碳纖維進行敏化處理。將購買來的SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，稀釋過程中要用玻璃棒不斷地機械攪拌使其均勻，從而配制成敏化液，再將經(jīng)過中和處理的碳纖維在室溫下放入該溶液中20 30min。本實施例中，SnCl2溶液用蒸餾水稀釋后的濃度為20g/L，敏化處理的時間為30min。第四步，對經(jīng)過敏化處理碳纖維進行活化處理，將稱量好的硝酸銀2 5g溶于IOOml的蒸餾水中，得到高濃度的硝酸銀溶液。將配置好的高濃度的硝酸銀溶液用蒸餾水稀釋至1L，配制成活化溶液。在室溫下將經(jīng)過敏化處理碳纖維放入得到的活化溶液中活化10 30min，得到經(jīng)過活化處理的碳纖維。本實施例中，硝酸銀的用量為5g，對經(jīng)過敏化處理的碳纖維進行活化的時間為25min。第五步，對活化后的碳纖維進行還原處理，將購買來的SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，稀釋過程中要用玻璃棒不斷地攪拌使其均勻，從而配制敏化液，將經(jīng)過活化處理的碳纖維浸入次磷酸鈉的溶液中，在室溫下機械攪拌I 5min，得到表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維，取出備用。本實施例中，SnCl2溶液的濃度為10g/L，機械攪拌的時間為2min。步驟3，化學鍍鎳溶液是由A溶液和B溶液混合并機械攪拌均勻，并經(jīng)過調(diào)節(jié)PH值而成。其中A溶液是將30 50g/L硫酸鎳溶液、18 30g/L醋酸鈉溶液和30 40g/L硫酸銨溶液分別依次混合均勻配制而成。B溶液是由36 50g/L次亞磷酸鈉溶液和10 20g/L檸檬酸三鈉溶液混合并機械攪拌均勻配制而成。將A溶液和B溶液混合均勻。鹽酸調(diào)節(jié)由A溶液和B溶液的混合溶液的PH值為4.5 6.5，得到化學鍍鎳溶液。再配制A溶液時，先將硫酸鎳溶液與醋酸鈉溶液混合并攪拌均勻后，再加入硫酸銨溶液混合并攪拌均勻。本實施例中，所述硫酸鎳為50g/L，醋酸鈉為30g/L，硫酸銨為40g/L ;所述次亞磷酸鈉為50g/L，檸檬酸三鈉為20g/L ;碳纖維化學鍍鎳溶液的PH值為6。步驟4，碳纖維表面化學鍍鎳涂層。將得到的碳纖維化學鍍鎳溶液放置在恒溫浴水箱，并使所述恒溫浴水箱的溫度保持在85 95°C，將表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維放置在施鍍?nèi)芤褐?，?jīng)過5 18min進行化學施鍍，施鍍完成以后，從溶液中取出并烘干，得到制備有熱解碳/鎳復合涂層的碳纖維。本實施例中，恒溫浴水箱的溫度為95°C ;化學施鍍的時間為5min。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法，其特征在于，具體過程是: 步驟I，在碳纖維表面沉積熱解碳涂層；采用常規(guī)的化學氣相沉積法沉積熱解碳涂層；涂層工藝參數(shù)為:N2通入量為0.1 0.5m3/h, CH4通入量為16_24L/h，沉積溫度為1000 1200°C，沉積時間為I 3小時，待化學氣相沉積爐冷卻至室溫后，取出碳纖維，得到表面制備有熱解碳涂層的碳纖維； 步驟2，表面化學鍍鎳預處理；對沉積過熱解碳涂層的碳纖維進行表面化學鍍鎳預處理，具體是: 第一步，對得到的表面制備有熱解碳涂層的碳纖維進行粗化處理；將碳纖維放入H2SO4:HN03=3:1的混酸溶液中粗化處理I 2個小時；所述H2SO4與HNO3的比例均為體積比； 第二步，對粗化后的碳纖維進行中和處理；將粗化后的碳纖維放入質(zhì)量比為10 20%的NaOH溶液中浸泡10 20min，并不斷地用玻璃棒攪拌，以除去碳纖維表面的混酸；用蒸餾水清洗碳纖維至中性； 第三步，對中和后的碳纖維進行敏化處理；將SnCl2溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，配制成敏化液，再將經(jīng)過中和處理的碳纖維在室溫下放入該溶液中浸泡20 30min ； 第四步，對經(jīng)過敏化處理碳纖維進行活化處理，將2 5g硝酸銀溶于IOOml的蒸餾水中，得到硝酸銀溶液；將所述的硝酸銀溶液用蒸餾水稀釋至1L，配制成活化溶液；在室溫下將經(jīng)過敏化處理碳纖維放入得到的活化溶液中活化10 30min，得到經(jīng)過活化處理的碳纖維； 第五步，對活化后的碳纖維進行還原處理，將SnC12溶液用蒸餾水稀釋至濃度為10 20g/L，得到敏化液；將經(jīng)過活化`處理的碳纖維浸入次磷酸鈉的溶液中，在室溫下機械攪拌I 5min，得到表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維，取出備用； 步驟3，制備化學鍍鎳溶液 所述化學鍍鎳溶液由A溶液和B溶液混合并攪拌均勻后，經(jīng)過調(diào)節(jié)PH值而成； 其中A溶液是將30 50g/L硫酸鎳溶液、18 30g/L醋酸鈉溶液和30 40g/L硫酸銨溶液分別依次混合并攪拌均勻配制而成溶液是將36 50g/L次亞磷酸鈉溶液和10 20g/L檸檬酸三鈉溶液混合并攪拌均勻配制而成；將A溶液與B溶液混合均勻； 調(diào)節(jié)由A溶液與B溶液配制的混合溶液的PH值至4.5 6.5，得到化學鍍鎳溶液； 步驟4，碳纖維表面化學鍍鎳涂層； 將得到的碳纖維化學鍍鎳溶液置浴溫度為85 95°C恒溫浴水箱內(nèi)，將表面經(jīng)過化學鍍鎳預處理的碳纖維放置在施鍍?nèi)芤褐?，?jīng)過5 ISmin進行化學施鍍并烘干，得到制備有熱解碳/鎳復合涂層的碳纖維。
2.如權(quán)利要求1所述一種連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法，其特征在于，所述配制混合溶液A時，先將硫酸鎳溶液與醋酸鈉溶液混合并攪拌均勻后，再加入硫酸銨溶液混合并攪拌均勻。
全文摘要
一種連續(xù)碳纖維表面熱解碳/鎳復合涂層制備方法，通過化學氣相沉積法在無緯碳纖維布內(nèi)的碳纖維表面制備熱解碳涂層，熱解碳涂層厚度在0.03-0.1μm之間。采用化學鍍法在制備有熱解碳涂層的碳纖維表面制備鎳涂層。通過控制碳纖維在化學鍍鎳溶液中的反應時間，使鎳涂層厚度在0.02-0.1μm之間，從而獲得含有熱解碳/鎳復合涂層的碳纖維，復合涂層的厚度在0.05-0.2μm之間。本發(fā)明能夠較好地防止纖維被氧化，有效地保護碳纖維不被損傷破壞，并且由于熱解碳的微觀結(jié)構(gòu)更趨于石墨化，能夠減少碳纖維與鋁合金之間的過多不良界面反應的發(fā)生，調(diào)節(jié)碳纖維和鋁合金之間界面結(jié)合性。
文檔編號C23C16/26GK103160826SQ201310093388
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者齊樂華, 馬玉欽, 周元彪, 鄭武強, 鞠錄巖, 周計明 申請人:西北工業(yè)大學