[发明专利]碳纤维单向增强铝基复合材料新工艺

说明书

本发明涉及一种碳纤维单向增强铝基复合材料的新工艺，它属于一般对表面涂布液体或其他流体的工艺技术领域或陶瓷技术领域。

在本发明之前，碳纤维增强铝基复合材料的制备过程中，存在着界面反应与纤维分布不均的两大难题，仅采用溶胶——凝胶法(Sol-gel法)碳纤维表面Al₂O₃、SiO₂涂层，确有减弱界面反应与延缓Al₄C₃形成的作用，但还存在着碳纤维在基体中的均匀分布现象，往往是纤维分块集中，并产生大量的纤维直接接触点，因浸渍死区而引成空洞，从而导致整体材料性能下降；而单独采用超声波颗粒混杂能较好地控制纤维分布的均匀性。现缺少一种集两者优点于一体的方法，既阻碍界面反应又有效地控制纤维分布均匀性。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，为提高材料性能而提供一种能有效控制界面反应和纤维分布均匀性的新工艺。

本发明的任务是通过下列措施来完成：本发明选用溶胶——凝胶法，发展了一种集纤维除胶、涂复SiC层及混杂SiC颗粒于一体的碳纤维连续涂复新工艺，并进而用压铸法等相关工艺制得复合材料，显著提高材料性能。

附图1为涂复SiC和混杂SiC颗粒工艺流程图，其中1为送丝轮，2为超声涂复、混杂溶液，3为低温干燥，4为中温干燥脱水，5为高温脱水和致密化，6为收丝轮。

本发明以下将结合附图对实施例进行详述：本发明采用溶胶——凝胶法，碳纤维表面SiC涂层并同时进行超声波SiC颗粒混杂处理，将聚碳硅烷按0.03～0.08(g/ml)配制搅拌溶解于溶剂正己烷中，形成溶胶，而后，将工业用的W05型SiC颗粒，其平均尺寸为2～5μa，按0.05～0.2(g/ml)比例加入溶胶之中，形成纤维涂层与混杂悬浮液，将该悬浮液(溶胶)置于超声波发生器中，工艺过程如附图1所示，纤维从送丝轮1出发，由收丝轮6迁引，经过超声涂复、混杂溶液2(超声波振动使SiC颗粒均匀分布于纤维中)，而后经过低温干燥3，中温干燥脱水4，高温脱水和致密化5，最后收于收丝轮6，完成纤维处理。通过缠绕、编织、排布等方式获得纤维预制件。采用压铸法的成型工艺便能获得纤维增强铝基复合材料，具体压铸工艺为；将预制件置于模具中预热，预热温度为500～600℃，铝基熔体温度为750～800℃，液态铝浇入下模后通过上模施加压力，压力为5～10MPa，在压力作用下液态铝从上而下渗入预制件，完成纤维与铝基体的复合。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明解决了碳纤维增强铝基复合材料制备过程中的两个难题，即界面反应与纤维分布均匀性。运用SiC涂层成功地阻碍了界面反应；而同时进行的SiC颗粒混杂又解决了纤维分布均匀性问题。因而使得材料性能有大幅度提高，并且工艺简单，成本低廉，本发明将成为碳纤维增强铝基复合材料走向规模生产的一条有效捷径。