凈成形真空液相壓滲法制備碳鋁復(fù)合材料.pdf

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1、第2-卷第:期稀有金屬材料與工程XGFY2-,VGA:2%%%年$2月Q8QR/R68S/86RQT8SU8VWRV4TVRRQTV4WOIOZ[OK2%%%凈成形真空液相壓滲法制備碳鋁復(fù)合材料!萬(wàn)紅楊德明卓鉞斯永敏費(fèi)肖卿彭平"國(guó)防科技大學(xué)長(zhǎng)沙#$%%&’(摘要利用自行設(shè)計(jì)的一套凈成形真空液相壓滲工藝裝置制備了凈成形碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料)通過(guò)對(duì)纖維與顆?；祀s技術(shù)*粘結(jié)劑的選擇*溶膠+凝膠法制備熱解碳涂層效果的研究,使制備出的碳鋁復(fù)合材料的纖維體積分?jǐn)?shù)適中,纖維分布均勻)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度及彈性模

2、量分別達(dá)到-#./01和2$3401)關(guān)鍵詞碳鋁復(fù)合材料真空液相壓滲混雜涂層中圖法分類(lèi)號(hào)567’’$文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼58文章編號(hào)5$%%2+$3.9"2%%%(%:+%#$$+%#鋁的化學(xué)相容性差,浸滲過(guò)程中易發(fā)生界面反應(yīng))為;前言了得到纖維分布均勻*性能高的復(fù)合材料,預(yù)制件中纖維的壓實(shí)程度和整體抗壓剛度*纖維表面的狀態(tài)以束絲碳纖維"特別是高<數(shù)的束絲碳纖維(在連及壓滲工藝參數(shù)的調(diào)整是關(guān)鍵因素)本研究以顆粒混續(xù)增強(qiáng)纖維中具有高的性?xún)r(jià)比,碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合雜技術(shù)及粘結(jié)劑的選用來(lái)調(diào)整預(yù)制件抗壓性能及纖材料具

3、有強(qiáng)的應(yīng)用潛力)目前比較成功的碳鋁復(fù)合工維的體積分?jǐn)?shù)和分布,以溶膠+凝膠法制備熱解碳涂藝有真空反壓法和擠壓鑄造法等=$>)擠壓鑄造法的主層來(lái)有效地改善界面接合強(qiáng)度等,并制備出高性能的要弱點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)近凈成形,且一般加壓過(guò)程在大氣碳鋁復(fù)合材料)氣氛中進(jìn)行?真空反壓工藝是用高壓氣體把鋁液壓入纖維預(yù)制件中,由于安全原因,該工藝需在高壓釜內(nèi)@實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行,相應(yīng)的就限制了所制構(gòu)件的尺寸)基于上述分析,并考慮碳鋁復(fù)合材料的制備特點(diǎn),作者自行開(kāi)發(fā)@A;實(shí)驗(yàn)材料了一套凈成形液相壓滲工藝,模仿壓力鑄造方法,以所用增

4、強(qiáng)纖維為連續(xù)束絲碳纖維,如6’%%,壓機(jī)推動(dòng)柱塞使液鋁壓滲入裝有纖維預(yù)制件的模具/#%B,基體采用鑄造鋁合金)采用自行設(shè)計(jì)的凈成形內(nèi),省去了復(fù)雜的高壓釜裝置,成功制備了凈成形的真空液相壓滲法制備碳鋁復(fù)合材料,復(fù)合工藝詳見(jiàn)文大尺寸*高性能的連續(xù)石墨纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材獻(xiàn)=2>)料=2>)@A@工藝過(guò)程液相浸滲法制備碳鋁復(fù)合材料,由于碳纖維與鋁工藝過(guò)程包括纖維的處理*預(yù)制件的制備及與鋁的潤(rùn)濕性差,且纖維的直徑較小,束絲根數(shù)較多"多為液凈成形復(fù)合’個(gè)部分,具體流程如圖$所示)’<,:<,$2<(,因而浸

5、滲難度很大,同時(shí)碳纖維與圖$工藝流程示意圖CDEA$CFGHIJ1KLGMNKGIOPPOP收到初稿日期5$---+$2+22?收到修改稿日期52%%%+%’+$:作者簡(jiǎn)介5萬(wàn)紅,女,$-::年,副教授,國(guó)防科技大學(xué)材料工程與應(yīng)用化學(xué)系,長(zhǎng)沙#$%%&’,電話5%&’$+#2$2&2’,R+Z1DF5H1JGE]萬(wàn)方數(shù)據(jù)Z1DFAJAIDMGAOLo]+’o稀有金屬材料與工程’p卷降低程度有限$因此$采用兩者共同混雜的方式后$既!結(jié)果與討論能很好的控制復(fù)合材料的纖維體積分?jǐn)?shù)$又能實(shí)現(xiàn)與

6、鋁液的良好浸滲b圖’Oc%本實(shí)驗(yàn)采用(SIJCKb’"(!"#顆?；祀s技術(shù)及其對(duì)纖維體積分?jǐn)?shù)的影響)*c和’"(S淀粉顆粒懸浮液進(jìn)行混雜制備纖維預(yù)制采用纖維束浸入顆粒懸浮液的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)纖維件$可以使復(fù)合材料的纖維體積分?jǐn)?shù)達(dá)到]‘S%與顆粒的混雜$可達(dá)到分散纖維的作用%混雜的均勻性及混雜量取決于懸浮液中顆粒的濃度&分散性&顆粒的粒度及懸浮液的穩(wěn)定性%采用超聲振蕩可將顆粒團(tuán)聚體及纖維束分散開(kāi)%碳化硅顆粒由于與鋁液的化學(xué)相容性較好$常用來(lái)做為混雜相%而淀粉顆粒與水的親和能力強(qiáng)$很容易滲入到碳纖維束中$可

7、做為膨脹劑$用于有效地控制復(fù)合材料中纖維的體積分?jǐn)?shù)%試驗(yàn)以復(fù)合材料中纖維體積分?jǐn)?shù)作為指標(biāo)$考察了粒度為’"()*碳化硅顆粒及淀粉顆粒與碳纖維束混雜的效果$結(jié)果如表+所示%表#碳化硅顆粒與淀粉顆粒加入量對(duì)纖維體積分?jǐn)?shù)及分布的影響,-./0#122034562789-:;-<=/><02@-3486:-:;;854@8.>486:6228.0@5IJCKT*UPV*WDPV*FXMLONJDYCDEFGDHKLMNJOPF$QRSKLMNJOPF$QRSDXXJZ

8、FM[RS+_’’(^‘+a(_]’a((((]’^+a+_(’"(]‘‘((]從表中可以看出$當(dāng)纖維束沒(méi)有與顆粒進(jìn)行混雜時(shí)$復(fù)合材料中的纖維體積分?jǐn)?shù)高達(dá)_’S$纖維預(yù)制件與鋁液浸滲的成功率較低%加入碳化硅和淀粉顆粒圖’不同混雜狀態(tài)下碳鋁復(fù)合材料的金相照片后$復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)隨顆粒加入量的增加而降gJhH’iKNJOLP*JOMDhMLKjDXCXRTPXDMEJXXFMFYNjUZMJEJkJFE低$并且淀粉顆粒對(duì)纖維的體積分?jǐn)?shù)影響更大%懸浮ODYEJNJDY[lbLcm