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$2月Q8QR/R68S/86RQT8SU8VWRV4TVRRQTV4WOIOZ[OK2%%%凈成形真空液相壓滲法制備碳鋁復(fù)合材料!萬紅楊德明卓鉞斯永敏費(fèi)肖卿彭平"國防科技大學(xué)長沙#$%%&’(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)通過對纖維與顆?；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$3401)關(guān)鍵詞碳鋁復(fù)合材料真空液相壓滲混雜涂層中圖法分類號567’’$文獻(xiàn)標(biāo)識碼58文章編號5$%%2+$3.9"2%%%(%:+%#$$+%#鋁的化學(xué)相容性差,浸滲過程中易發(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?；炖m(xù)增強(qiáng)纖維中具有高的性價(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程包括纖維的處理*預(yù)制件的制備及與鋁的潤濕性差,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$---+$2+22?收到修改稿日期52%%%+%’+$:作者簡介5萬紅,女,$-::年,副教授,國防科技大學(xué)材料工程與應(yīng)用化學(xué)系,長沙#$%%&’,電話5%&’$+#2$2&2’,R+Z1DF5H1JGE]萬方數(shù)據(jù)Z1DFAJAIDMGAOLo]+’o稀有金屬材料與工程’p卷降低程度有限$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%碳化硅顆粒由于與鋁液的化學(xué)相容性較好$常用來做為混雜相%而淀粉顆粒與水的親和能力強(qiáng)$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$并且淀粉顆粒對纖維的體積分?jǐn)?shù)影響更大%懸浮ODYEJNJDY[lbLcm