碳纤维增强铝基复合材料

碳纤维增强铝复合材料xxx1.在金属铝基材料中，铝基复合材料具有比基体更高的比强度、比模量、低膨胀系数和高导热系数2.尤其弥散增强铝基复合材料，具有各向同性特征，而且具有可加工并且价格低廉的优点为什么选择铝基材料(1)密度小､质量轻，碳纤维密度大约为钢密度的1/4、铝合金密度的½(2)强度大､弹性模量大(3)热膨胀系数小，在温度极限变化下其尺寸不会发生太大的变化(4)摩擦系数小，润滑性好(6)极限高温和低温下，性能不会发生太大变化(7)与其它材料的相容性较好，又具备纺织纤维材料的柔软、可编制性。(8)碳纤维可进行多种自由设计，来满足不同产品的性能和要求为什么选择碳纤维主流产品PAN基碳纤维的制备工艺冗长且较为复杂，以有机物丙烯聚丙烯腈单体为起始原料，首先经纯化与其他单体丙烯腈共聚合形成聚丙烯腈，然后先通过纺丝形成丝型，再经过氧化、预氧化、碳化、二次碳化、上浆表面处理等一系列复杂工艺后制备形成。碳纤维的制备工艺金属基复合材料是以各种纤维、颗粒、晶须等作为增强相，金属(铁、铝、镁、钛、镍、铜等)为基体的一种复合材料。金属基体是增强体的载体，起固结纤维、传递载荷以及部分承载的作用，增强体纤维、颗粒、晶须等均匀、弥散分布在基体中，成为承载力的主体，大大改善了基体性能的不足。金属基复合材料良好的界面结合能够很好的传递载荷，大大提高复合材料的性能。未经表面改性处理的碳纤维在与金属基体复合时，通常会在界面处生成一层脆性的碳化物，特别是像铝这样的活泼金属，因此对碳纤维进行表面处理来提高其与金属基体的相容性｡。当用液体渗入碳纤维预制件时，只有在超过1000℃以上时，铝才能润湿碳纤维，在1000℃以下时，碳纤维与铝基体反应生成Al4C3化合物，不仅损伤了碳纤维，而且大大降低了复合材料的性能，为此在制备复合材料时通常先对碳纤维进行表面改性，通常有电镀、化学镀、物理化学气相沉积、溶胶/凝胶法等碳纤维增强铝界面设计I.预处理：浓硝酸浸泡(同时超声震荡)→蒸馏水冲洗→低温干燥备用.II.表面化学镀铜过程：先对CF（碳纤维）进行粗化处理，经过粗化后的CF再进行敏化、活化。在此过程中要引入贵金属离子形成催化中心，最后才能在CF表面进行化学镀铜III.碳纤维表面涂覆一层热解碳和SiC涂层来改善碳纤维与基体的润湿性：首先对碳纤维表面进行了活化处理,丙酮去胶—氮气环境中从790K加热至1270K干燥备用，随后用化学气相法在碳纤维表面沉积一层SiC涂层作为碳纤维的预处理。最后用等离子喷涂制备技术制备了碳纤维增强的铝基复合材料，在碳纤维表面涂覆一层热解碳和很薄的SiC涂层大大的改善了碳纤维与铝基金属的润湿性，而且SiC涂层的稳定性较好，能够改善界面中间相产物的生成。表面处理其目的在于去除碳纤维表面的有机胶膜，增大碳纤维的比表面积，提高碳纤维表面的粗糙度，提高碳纤维表面极性含氧基团含量以增加其对其它元素的润湿性。表面处理的主要目的是增加碳纤维的表面面积和表面活性表面处理的目的及作用制备CF/Al复合材料的主要方法有：粉末冶金法、液态搅拌铸造法、挤压铸造法、热压法、液态浸渗法粉末冶金法:材料制备过程中熔体除气可以有效提高复合材料的致密度将金属或非金属粉末混合后压制成形，并在低于金属熔点的温度下进行烧结，利用粉末间原子扩散来使其结合的过程被称做粉末冶金工艺，多用于制备非连续纤维增强的金属基复合材料。制备工艺一、粉料制备与压制成型粉末混料均匀并加入适当的助剂，再进行压制成型，粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作用，使制件结合为具有一定强度的整体。二、烧结将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结，烧结温度约为基体金属熔点的2/3～3/4倍。由于高温下不同种类原子的扩散，粉末表面氧化物的被还原以及变形粉末的再结晶，使粉末颗粒相互结合。粉末冶金工艺流程优点：可以精确的控制增强体和基体的体积配比，从而精确的控制复合材料的性能，并且所形成的材料或制件基体组织较为均匀，制件尺寸精度好，易于实现少切削、无切削，可实现大尺寸零件的制备。缺点：制备得到的复合材料致密度往往达不到要求，容易吸附气体，增强相与基体界面结合较弱，常常出现微观孔洞和空隙。增强体与金属基体之间界面结合不够紧密、增强体与金属基体之间存在着显微孔洞等缺陷。并且纤维材料在成形过程中容易受到机械损伤其缺点已在前面的界面设计基本得到解决。粉末冶金的优缺点CF/Al复合材料的性能取决于CF的分布、种类、含量、基体铝合金的成分及制备方法等。这种材料不仅具有CF的性能优点，而且还具有耐磨、耐疲劳、高比模量、高比强度、低热膨胀系数，良好的塑韧性等优异的综合性能，这些优良的性能使其成为航空航天、军工设备、汽车等重要领域理想的结构材料。前景CF/Al复合材料的性能取决于CF的分布、种类、含量、基体铝合金的成分及制备方法等。这种材料不仅具有CF的性能优点，而且还具有耐磨、耐疲劳、高比模量、高比强度、低热膨胀系数，良好的塑韧性等优异的综合性能，这些优良的性能使其成为航空航天、军工设备、汽车等重要领域理想的结构材料。序言