[发明专利]一种碳纤维增强镁基复合材料空心管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其是一种碳纤维增强镁基复合材料空心管 及其制备方法。

背景技术

碳纤维增强镁基复合材料在具有高比强度的同时，还有接近于较低的热 膨胀系数和良好的尺寸稳定性，成功应用于人造卫星支架、人造卫星抛物面 天线、空间望远镜等。随航天器精度、载荷要求的日益提高，结构件的轻量 化是其重中之重。碳纤维增强镁基复合材料空心管因其结构强度高，重量相 比实心复合材料可大大降低。传统复合材料空心管的制备是通过机械加工出 中心孔，这对于长度较短的管状复合材料可以实现。但是，对于长度超过 300mm的管状复合材料，其内部中心孔无法通过机加工的方法实现，这限 制了长管状碳纤维增强镁基复合材料在航空航天领域的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种碳纤维增强镁基复合材料空心管及其制 备方法，以解决长管状碳纤维增强镁基复合材料的难以制备的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种碳纤维增强镁基复合材料空心管的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备用于形成空心管中心孔的型芯；

(2)将碳纤维束利用机织加工方法在型芯上织成整体为三维网状的预 制体；

(3)将步骤(2)中的预制体放入金属模具中预热；

(4)将熔炼后的镁合金熔体浇注入金属模具中，在挤压压力下成型后 进行保压制成管坯；

(5)将管坯内的型芯去除即得碳纤维增强镁基复合材料空心管。

进一步的，所述型芯的材料为石膏、氯化钠、氯化钾或者是氯化钠与氯 化钾的混合物。

进一步的，所述步骤(3)中模具预热温度为400℃～600℃。

进一步的，所述步骤(4)中浇注温度为700℃～740℃，挤压压力为10～ 50MPa，保压时间1～5分钟。

进一步的，所述步骤(5)中的型芯使用高压水枪去除。

进一步的，所述空心管的长度大于或等于300mm。

本发明还包括一种碳纤维增强镁基复合材料空心管，所述空心管包括碳 纤维增强体和镁合金基体，其中碳纤维体积分数30～60％，其余为镁合金。

进一步的，所述空心管中镁合金的组分和质量百分比为：0～9％铝(Al)， 0～1％硅(Si)，0～1％钛(Ti)，0～1％硼(B)，其余为镁(Mg)。

进一步的，所述空心管的长度大于或等于300mm。

相对于现有技术，本发明所述的碳纤维增强镁基复合材料空心管及其制 备方法具有以下优势：

本发明采用三维碳纤维作为增强体，中心孔通过有一定强度且易去除的 型芯来制备，从根本上解决了长管状碳纤维增强镁基复合材料的制备难题。 与此同时，空心管结构致密，碳纤维与基体结合良好，高精度的型芯保证了 中心孔的精度，制备后的复合材料管内壁无需进行二次加工即可满足设计要 求。复合材料空心管的综合性能优异，在航空航天、军工、电子封装、汽车、 体育器械、精密制造等领域有着广泛的应用前景。

具体实施方式

除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含 义，为了便于理解本发明，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。

所有的数字标识，例如pH、温度、时间、浓度，包括范围，都是近似 值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。 同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其 等价物是本领域已知的。

本发明的机织加工方法是本领域技术人员已知的常规技术手段。

实施例1

一种碳纤维增强镁基复合材料空心管的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用石膏制备长度为300mm用于形成空心管中心孔的型芯；

(2)将碳纤维束利用机织加工方法在型芯上织成整体为三维网状的预 制体；

(3)将步骤(2)中的预制体放入金属模具中预热，预热温度为400℃；

(4)将质量分数为1％Si、1％Ti、1％B、97％Mg的镁合金熔炼后，按 照与碳纤维体积比为7:3的比例在浇注温度为700℃下注入金属模具中，在 10MPa的挤压压力下成型后，保压1分钟制成管坯；