[发明专利]一种快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料的方法，该方法包括：一、将碳纤维布超声波清洗后干燥；二、将经干燥后的碳纤维布依次进行敏化、活化和还原并清洗烘干；三、将经烘干后的碳纤维布镀镍得镀镍碳纤维布；四、将钛合金粉铺设在等离子热压烧结的模具后铺设镀镍碳纤维布层，再铺设钛合金粉层，依次重复上述粉层和布层铺设工艺，经放电等离子热压烧结得碳纤维增强钛合金层状复合材料。本发明利用放电等离子热压烧结过程中升温速率快、保温时间短及压力高，以及镀镍碳纤维布表面镀镍层对碳纤维与钛合金粉末的隔绝作用快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料，保证了碳纤维的完整性，提高了碳纤维增强钛合金层状复合材料的力学性能。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料的方法。

背景技术

钛及钛合金作为性能优异的轻量化结构材料，拥有较高的比强度、比刚度及良好的加工性、耐蚀性与耐高温性能，故其在航天航空、船舶汽车、兵器工程、医疗器械和化工能源等众多领域的应用前景广阔。但钛及钛合金耐磨性差、硬度较低等弱点阻碍其在工程中的应用。为满足高新科技飞速发展伴随的种种需求，急需研发新型钛合金复合材料以满足航空航天事业发展的需求。

碳纤维增强钛合金复合材料具有密度低、比强度高、抗拉伸及比模量高等优点，是一种高性能的轻质结构材料。由于高温环境下钛合金和多数增韧纤维易发生反应生成界面产物影响材料的性能，导致碳纤维增强钛及复合材料力学性能降低，因此制备纤维增韧钛合金复合材料的工艺要求更为严格和复杂，一般采用固相制备法，但是，在高温条件下其界面反应仍然比较剧烈。因此，希望通过表面改性技术对碳纤维表面进行修饰，有效控制界面反应程度，从而有效保护碳纤维的结构特征。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料的方法。该方法利用放电等离子热压烧结过程中较快的升温速率、较短的保温时间及较高的压力，以及镀镍碳纤维布表面镀镍层对碳纤维与钛合金粉末的隔绝作用快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料，有效避免了高温环境中碳纤维与钛合金粉末发生反应生成界面物质，保证了碳纤维增强钛合金层状复合材料中碳纤维的完整性，有利于提高碳纤维增强钛合金层状复合材料的力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种快速制备碳纤维增强钛合金层状复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将碳纤维布放入无水乙醇中超声波清洗10min～30min，然后在温度为100℃的条件下干燥10h～20h；

步骤二、将步骤一中经干燥后的碳纤维布采用敏化液进行敏化处理，然后采用活化液中进行活化处理，再采用次磷酸钠水溶液进行还原处理，经蒸馏水清洗后烘干；所述敏化液由SnCl₂、质量浓度为37％的盐酸溶液和蒸馏水组成，所述活化液由PdCl₂、乙醇和蒸馏水组成；

步骤三、将步骤二中经烘干后的碳纤维布放入镀镍溶液中，然后加热至60℃～90℃保温10min～120min，取出烘干后得到镀镍碳纤维布；所述镀镍碳纤维布的镀镍层厚度为200nm～500nm；