CN100513625C - 无定形碳纤维铝基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
无定形碳纤维铝基复合材料的制备方法，它涉及碳纤维铝基复合材料的制备方法。它解决了现有在高温成型时会发生严重的界面反应，生成脆性反应相Al4C3。Al4C3，使复合材料在受力时易发生脆性断裂，使其力学性能降低，工艺复杂，成本高的问题。它由无定形碳纤维和铝基复合制成，按体积份数无定形碳纤维为10～30%、铝基为90～70%组成。方法为：一、将配好的无定形碳纤维和铝基颗粒放入行星式球磨机上混磨，球料比为2∶1，混磨时间8～10小时；二、将混磨后的粉放入钢模中冷压成型，放入真空热压炉中进行热压烧结，即制备出无定形碳纤维铝基复合材料。本发明具有界面浸润性好、结合强度高、分散性好、无界面反应的优质复合材料，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及铝基复合材料的制备方法。
背景技术
碳纤维铝基复合材料应用领域广泛，但同时也存在着许多阻碍其发展的问题。其中金属基复合材料在制备过程中，界面反应问题一直是它的核心问题。主要原因是碳纤维与铝基体材料在高温成型时会发生严重的界面反应，生成脆性反应相Al4C3。Al4C3不仅会破坏碳纤维的完善性，而且使得纤维与基体的界面结合强度过高，使复合材料在受力时易发生脆性断裂，使其力学性能降低。目前解决这一问题采用的方法是镀涂及气相沉积在碳纤维表面涂层，但是采用此法工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明为了解决碳纤维与铝基材料在高温成型时会发生严重的界面反应，生成脆性反应相Al4C3。Al4C3会使复合材料在受力时易发生脆性断裂，使其力学性能降低，工艺复杂，成本高的问题，提供了一种无定形碳纤维铝基复合材料的制备方法，解决上述问题的具体技术方案如下：
本发明由无定形碳纤维和铝基复合制成，按体积份数无定形碳纤维为10～30％、铝基为90～70％组成。
本发明的无定形碳纤维铝基复合材料制备方法的步骤如下：
步骤一、按体积份数取无定形碳纤维为10～30％、铝基为90～70％将配好的无定形碳纤维和铝基颗粒放入行星式球磨机上混磨，球料比为2:1，接着抽真空，然后充入氩气，以防止球磨过程中粉体被氧化，在行星式球磨机上混磨，转速为200～300转/分钟，混磨时间8～10小时；
步骤二、将步骤一混磨后的粉放入钢模中冷压成型，当材料致密度冷压至50～60％，将致密为50～60％材料连同钢模具放入真空热压炉中进行热压烧结，真空度为2×10-2Pa，然后真空热压炉开始升温，升温速度为10～20℃/min，升温至200～300℃，保温20～40分钟，再升温至450～550℃并保持在此温度范围，开始向材料施加150～200MPa压力，在此压力范围维持20～30分钟，随炉冷却至室温，脱模，即制备出无定形碳纤维铝基复合材料。
本发明所采用的方法不需要对无定形碳纤维进行表面涂覆工艺，就可以避免无定形碳纤维与铝基体的界面反应，得到的增强相具有界面浸润性好、结合强度高、分散性好、无界面反应的优质复合材料，工艺简单。利用本发明制备的复合材料成本低，同时还具有优良的力学性能及可塑性好的特点。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式由无定形碳纤维和铝基制成，按体积份数无定形碳纤维为10～30％、铝基为90～70％组成。
铝基选用2017硬铝颗粒。
具体实施方式二：本实施方式按体积份数由无定形碳纤维为10％、铝基为90％组成。
具体实施方式三：本实施方式按体积份数由无定形碳纤维为20％、铝基为80％组成。
具体实施方式四：本实施方式按体积份数由无定形碳纤维为30％、铝基为70％组成。
具体实施方式五：本实施方式制备方法的步骤如下：
步骤一、按体积份数取无定形碳纤维为10～30％、铝基为90～70％，将配好的无定形碳纤维和铝基颗粒放入行星式球磨机上混磨，球料比为2∶1，接着抽真空，然后充入氩气，以防止球磨过程中粉体被氧化，在行星式球磨机上混磨，转速为200～300转/分钟，混磨时间8～10小时；
步骤二、将步骤一混磨后的粉放入钢模中冷压成型，当材料致密冷压至50～60％，将致密度为50～60％材料连同钢模具放入真空热压炉中进行热压烧结，真空度为1～6×2×10-2Pa，然后开始升温，升温速度为10～20℃/min，升温至200～300℃，保温20～40分钟，再升温至450～550℃，开始向材料加压150～200MPa，压力维持20～30分钟，随炉冷却至室温，脱模，即制备出无定形碳纤维增强铝基复合材料。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于它还包含步骤三，将经步骤二的无定形碳纤维增铝基复合材料用纯铝包覆后放入挤压模具内，然后放入加热炉内升温至450～550℃，保温25～35分钟，将复合材料从加热炉中取出放入挤压模具上进行热挤压，凹模锥角取120°，挤压比为15:1，挤压速度为10mm/s，从而获得高质量的无定形碳纤维增强铝基复合材料。
经挤压后无定形碳纤维增强铝基复合材料的致密度接近于100％，材料的性能更佳。
具体实施方式七：本实施方式的铝基选用2017硬铝颗粒。无定形碳纤维按体积份数为10～30％、2017硬铝的颗粒按体积份数为70～90％组成；将上述原料粉和钢球以球料比2:1放入球磨罐中，钢球选用大、中、小三种规格，抽真空后充氩气，以保护粉体在球磨过程中不被氧化，在行星式球磨机上采用正、反转相结合的混磨方法，转速为300转/分钟，混磨8小时；将混合均匀的粉料在钢模具中冷压成型，冷成型尺寸为Φ60mm，致密度约为50％，将致密度为50％的材料连同钢模具放入真空热压炉内进行热压烧结，真空度为2×10-2Pa，然后开始升温，升温速度为10℃/min，升温至250℃保温30分钟，再升温至500℃，开始向材料施加200MPa压力，压力维持20分钟，材料压至致密度接近100％，随炉冷却至室温，退模，获得复合材料；将上述获得的复合材料用纯铝包覆后放入挤压模并加温至500℃，保温30分钟，然后对复合材料进行热挤压，挤压比为16:1，凹模锥角取120°，从而获得Cf/2017A1复合材料。
Cf/2017A1复合材料的性能见表1：
表1 不同无定形碳纤维体积份数下Cf/2017A1复合材料的力学性能：
Claims (2)
1、无定形碳纤维铝基复合材料的制备方法，其特征在于它包含下列步骤：
步骤一、按体积份数取无定形碳纤维为10～30％、铝基为90～70％将配好的无定形碳纤维和铝基颗粒放入行星式球磨机上混磨，球料比为2:1，接着抽真空，然后充入氩气，以防止球磨过程中粉体被氧化，在行星式球磨机上混磨，转速为200～300转/分钟，混磨时间8～10小时；
步骤二、将步骤一混磨后的粉放入钢模中冷压成型，当材料致密冷压至50～60％后，将致密度为50～60％材料连同钢模具放入真空热压炉中进行热压烧结，真空度为2×10-2Pa，然后真空热压炉开始升温，升温速度为10～20℃/min，升温至200～300℃，保温20～40分钟，再升温至450～550℃并保持在此温度范围，开始向材料施加150～200MPa压力，在此压力范围维持20～30分钟，随炉冷却至室温，脱模，即制备出无定形碳纤维铝基复合材料。
2、根据权利要求1所述的无定形碳纤维铝基复合材料的制备方法，其特征在于它还包含有步骤三，将经步骤二的无定形碳纤维铝基复合材料用纯铝包覆后放入挤压模具内，然后放入加热炉内升温至450～550℃，保温25～35分钟，将复合材料从加热炉中取出放入挤压模具上进行热挤压，凹模锥角取120°，挤压比为15:1，挤压速度为10mm/s，从而获得高质量的无定形碳纤维铝基复合材料。
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| 碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能. 王德庆，石子源，高宏.大连铁道学院学报，第21卷，卷第4期. 2000 |
| 碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能. 王德庆，石子源，高宏.大连铁道学院学报，第21卷，卷第4期. 2000 * |
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