连续碳纤维增强铝基复合材料制备工艺研究

发布时间：2021-01-13 01:34

　　连续碳纤维增强铝基复合材料具有重量轻、模量高、比强度高等优点,是一种在航空航天和先进武器装备中具有巨大潜力的重要材料,现已发展成为现代国防技术中最具战略意义的结构材料之一,目前国内外研究人员和研究机构对连续碳纤维增强铝基复合材料的制备方法进行了大量的研究,但都局限于层状、板状材料,且材料性能具有方向性。对于如何获得增强体均匀分散的连续碳纤维增强铝基复合材料,使材料在性能上具有“各向同性”的力学特点,文献尚未见介绍。因此,还需优化制备方法与工艺,向生产大体积、大块体和形状复杂的碳纤维增强复合材料方向靠近,使其更易工业化生产。本文以连续碳纤维作为增强体,以纯铝作为基体,探索制备“各向同性”连续碳纤维增强铝基复合材料的方法。采用化学镀铜法对碳纤维表面进行预处理,通过连续碳纤维的预处理,以及在碳纤维表面进行化学镀铜,成功地解决了碳纤维与铝合金基材表面润湿性差的问题,大大增强了复合材料基材与铝合金基材的粘结强度。增强并改善了基材和增强体的化学相容性。碳纤维表面预处理工艺为:除胶→粗化→中和→敏化→活化→解胶→还原→化学镀铜,确定较理想的化学镀铜工艺条件为:12 g/L CuSO₄

【文章来源】：陕西理工大学陕西省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

碳纤维增强铝基复合材料的应用Fig.1-1Applicationofcarbonfiberreinforcedaluminummatrixcomposite

第1章绪论-3-量轻，同时密度小，具有其他金属材料所不具备的各项有点，受到很多研究者的青睐，铝基复合材料的制备成型对温度的要求较低，并且铝基复合材料热膨胀系数小，已经应用在航空航天以及生活中的各个领域。从图1-2可以看出，与传统金属材料相比较，金属基复合材料也具有较高的比强度，在低温下，铝基复合材料相比于其它复合材料拥有很高的比强度。同时，金属基复合材料比树脂基复合材料拥有较高的耐热性和导电性，比陶瓷材料具有较高的韧性和冲击性能[8]。图1-2各种复合材料比强度对比图Fig.1-2Comparisonofspecificstrengthofvariouscompositematerials1.3连续碳纤维增强铝基复合材料1.3.1碳纤维概述碳纤维（CarbonFiber）是碳含量超过95％的新型纤维材料，不仅具有碳材料的固有特性，而且具有纺织纤维的柔软加工性，是新一代的增强纤维。作为一种高性能纤维，碳纤维材料已广泛应用于军事和民用工业的各个领域，从航空航天，航空，汽车，电子，机械，化学，轻纺和其他民用工业到运动器材和休闲用品。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，并引起了全世界的关注[11-12]。碳纤维是一种具有优异机械性能的新型材料。它的比重小于钢的1/4，比铝轻，比强度是铁的20倍[13]。例如，碳纤维树脂复合材料的抗拉强度通常高于3500MPa，是钢的7～9倍，抗张弹性模量为230～430GPa，也高于钢。因此，比强度，即材料的强度与其密度之比，可以达到2000MPa·g·cm﹣3以上，而A3钢的比强度只有约59MPa/（g/cm

第1章绪论-7-体上的约束程度。1.4碳纤维复合材料研究现状1.4.1连续Cf/Al复合材料制备方法（1）挤压铸造挤压铸造是事先熔融金属液，然后将金属液倒入设备的型腔中，并利用气压向腔内的熔融金属施加压力，使金属液体在腔内经过结晶和凝固，从而达到成型并且获得复合材料试样的铸造方法。图1-3挤压铸造碳纤维复合材料示意图Fig.1-3Schematicofcarbonfibercompositematerialsextruded如图1-3所示。对于连续碳纤维而言，首先需要采用型内预置纤维的方法，现将碳纤维制成预制体，放入挤压模具内，然后进行预热，接着放入金属粉末，最终金属液在压力的作用下进入预制体纤维的缝隙中，最终，达到所需要的的材料，挤压铸造法常被用来制作连续碳纤维层状复合材料[22]。采用此种方式来制备连续碳纤维复合材料需要的设备不便于操作，成本高，并且材料制备时需要较大的成形压力，所以，对模具和型腔以及预制体的强度要求比较高[23-24]。（2）热等静压法热等静压（简称HIP）对于需要高温高压的材料生产比较实用，它采用惰性气体或氮气来传递压力，并且可以在约200MPa下模制。其高温温度可高达2000℃，采用热等静压法制备复合材料时，型内预置体在腔内各个方向上所受到的高压惰性气体的压力是一致的，且型腔抽真空不会氧化金属。对于连续碳纤维复合材料，将制备的型内预置放入金属薄壁外壳中，并对金属薄壁外壳进行抽真空并且密封，然后将其放入热等静压


本文编号：2973947