連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有重量輕、模量高、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),是一種在航空航天和先進(jìn)武器裝備中具有巨大潛力的重要材料,現(xiàn)已發(fā)展成為現(xiàn)代國防技術(shù)中最具戰(zhàn)略意義的結(jié)構(gòu)材料之一,目前國內(nèi)外研究人員和研究機(jī)構(gòu)對(duì)連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法進(jìn)行了大量的研究,但都局限于層狀、板狀材料,且材料性能具有方向性。對(duì)于如何獲得增強(qiáng)體均勻分散的連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,使材料在性能上具有“各向同性”的力學(xué)特點(diǎn),文獻(xiàn)尚未見介紹。因此,還需優(yōu)化制備方法與工藝,向生產(chǎn)大體積、大塊體和形狀復(fù)雜的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料方向靠近,使其更易工業(yè)化生產(chǎn)。本文以連續(xù)碳纖維作為增強(qiáng)體,以純鋁作為基體,探索制備“各向同性”連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。采用化學(xué)鍍銅法對(duì)碳纖維表面進(jìn)行預(yù)處理,通過連續(xù)碳纖維的預(yù)處理,以及在碳纖維表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅,成功地解決了碳纖維與鋁合金基材表面潤濕性差的問題,大大增強(qiáng)了復(fù)合材料基材與鋁合金基材的粘結(jié)強(qiáng)度。增強(qiáng)并改善了基材和增強(qiáng)體的化學(xué)相容性。碳纖維表面預(yù)處理工藝為:除膠→粗化→中和→敏化→活化→解膠→還原→化學(xué)鍍銅,確定較理想的化學(xué)鍍銅工藝條件為:12 g/L CuSO₄

【文章來源】：陜西理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用Fig.1-1Applicationofcarbonfiberreinforcedaluminummatrixcomposite

第1章緒論-3-量輕，同時(shí)密度小，具有其他金屬材料所不具備的各項(xiàng)有點(diǎn)，受到很多研究者的青睞，鋁基復(fù)合材料的制備成型對(duì)溫度的要求較低，并且鋁基復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)小，已經(jīng)應(yīng)用在航空航天以及生活中的各個(gè)領(lǐng)域。從圖1-2可以看出，與傳統(tǒng)金屬材料相比較，金屬基復(fù)合材料也具有較高的比強(qiáng)度，在低溫下，鋁基復(fù)合材料相比于其它復(fù)合材料擁有很高的比強(qiáng)度。同時(shí)，金屬基復(fù)合材料比樹脂基復(fù)合材料擁有較高的耐熱性和導(dǎo)電性，比陶瓷材料具有較高的韌性和沖擊性能[8]。圖1-2各種復(fù)合材料比強(qiáng)度對(duì)比圖Fig.1-2Comparisonofspecificstrengthofvariouscompositematerials1.3連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料1.3.1碳纖維概述碳纖維（CarbonFiber）是碳含量超過95％的新型纖維材料，不僅具有碳材料的固有特性，而且具有紡織纖維的柔軟加工性，是新一代的增強(qiáng)纖維。作為一種高性能纖維，碳纖維材料已廣泛應(yīng)用于軍事和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，從航空航天，航空，汽車，電子，機(jī)械，化學(xué)，輕紡和其他民用工業(yè)到運(yùn)動(dòng)器材和休閑用品。因此，碳纖維被認(rèn)為是高科技領(lǐng)域中新型工業(yè)材料的典型代表，并引起了全世界的關(guān)注[11-12]。碳纖維是一種具有優(yōu)異機(jī)械性能的新型材料。它的比重小于鋼的1/4，比鋁輕，比強(qiáng)度是鐵的20倍[13]。例如，碳纖維樹脂復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度通常高于3500MPa，是鋼的7～9倍，抗張彈性模量為230～430GPa，也高于鋼。因此，比強(qiáng)度，即材料的強(qiáng)度與其密度之比，可以達(dá)到2000MPa·g·cm﹣3以上，而A3鋼的比強(qiáng)度只有約59MPa/（g/cm

第1章緒論-7-體上的約束程度。1.4碳纖維復(fù)合材料研究現(xiàn)狀1.4.1連續(xù)Cf/Al復(fù)合材料制備方法（1）擠壓鑄造擠壓鑄造是事先熔融金屬液，然后將金屬液倒入設(shè)備的型腔中，并利用氣壓向腔內(nèi)的熔融金屬施加壓力，使金屬液體在腔內(nèi)經(jīng)過結(jié)晶和凝固，從而達(dá)到成型并且獲得復(fù)合材料試樣的鑄造方法。圖1-3擠壓鑄造碳纖維復(fù)合材料示意圖Fig.1-3Schematicofcarbonfibercompositematerialsextruded如圖1-3所示。對(duì)于連續(xù)碳纖維而言，首先需要采用型內(nèi)預(yù)置纖維的方法，現(xiàn)將碳纖維制成預(yù)制體，放入擠壓模具內(nèi)，然后進(jìn)行預(yù)熱，接著放入金屬粉末，最終金屬液在壓力的作用下進(jìn)入預(yù)制體纖維的縫隙中，最終，達(dá)到所需要的的材料，擠壓鑄造法常被用來制作連續(xù)碳纖維層狀復(fù)合材料[22]。采用此種方式來制備連續(xù)碳纖維復(fù)合材料需要的設(shè)備不便于操作，成本高，并且材料制備時(shí)需要較大的成形壓力，所以，對(duì)模具和型腔以及預(yù)制體的強(qiáng)度要求比較高[23-24]。（2）熱等靜壓法熱等靜壓（簡稱HIP）對(duì)于需要高溫高壓的材料生產(chǎn)比較實(shí)用，它采用惰性氣體或氮?dú)鈦韨鬟f壓力，并且可以在約200MPa下模制。其高溫溫度可高達(dá)2000℃，采用熱等靜壓法制備復(fù)合材料時(shí)，型內(nèi)預(yù)置體在腔內(nèi)各個(gè)方向上所受到的高壓惰性氣體的壓力是一致的，且型腔抽真空不會(huì)氧化金屬。對(duì)于連續(xù)碳纖維復(fù)合材料，將制備的型內(nèi)預(yù)置放入金屬薄壁外殼中，并對(duì)金屬薄壁外殼進(jìn)行抽真空并且密封，然后將其放入熱等靜壓


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