碳纤维增强铝基复合材料的制备方法

  随着我国社会经济与科技的发展,很多先进的材料不断出现,当中纤维增强复合材料具有重要的意义,这种材料具有一定优势,比如:强度-重量比值高,比模率大,耐腐性强等,并且使用时效很长,所以,现阶段已经普遍被用于各个不同领域中。可是,一旦在使用时,某些特性出现相应问题,那么就会严重降低这种材料的具体功效,本文针对碳纤维铝基增强复合材料的几种制备方法做了简单分析。

  1.热压扩散结合法

  热压扩散结合法在加工制造连续纤维金属基材料领域内具有代表性。它的工艺流程是:首先根据设计需要把预处理之后的连续纤维按照特定方向排列整齐,然后使用基体金属箱将其夹紧、固定,放入惰性气体或真空环境内加热,直到达到金属的熔点,热压开始,最后采取扩散焊接技术使材料成型及复合。此法的特征主要是金属基体在静态压力的作用下出现塑性变形,然后发生扩散,使纤维固定结合到一起最后成型。若选择的制造工艺适当,那么有几率使界面结合在纤维力学性能不被破坏的情况下实现,此法的缺陷为制造成本高、无法批量制造、工艺步骤繁多和产品形式会有所局限等。

  2.粉末冶金法

  非连续碳纤维金属基材料通常利用粉末冶金法来加工制造。生产原理是粉末冶金理论,根据设计需要选择合适的条件混合均匀增强材料与金属粉末,对混合料进行压还、烧结,使其成形,或者直接采取热压、热乱、热挤的流程使混合料成形,还能将其压还之后,升高温度,使混合料达到金属的固液相温度范围,然后实现半固态成形,就可以得到需要的增强材料及产品。通过此法进行加工制造的优点是:能方便调整增强材料的添加比例,并准确控制基体组成及增强相体积;制造的产品具有非常均匀的内部基体组织,产品尺寸的精度很高,可不通过切削而满足需求,产品的局限性也较小然而此法的缺陷是使用它制造的产品不具有很好的致密性,基体内部、基体和增强相之间的界面通常会出现孔隙,结合效果也不是很好。

  3.真空压力浸渗法

  这种方法的基本原理是将增强相制备成预制体,其次在承压铸型内放入预制体,再将其进行加热,抽空空气将其真空,在真空下会有负压产生,在预制体中有液态基体金属溶体的融入而凝固,金属基复合材料就可由此获得。与固相法相比较,液相浸渗很少会因为外力作用对碳纤维造成损伤。但由于金属基复合材料是由两种性质完全不同的材料复合而成的新材料,所以一次必须力求获得良好和稳定的界面。

  4.挤压铸造法

  挤压铸造法是指对型腔内的金属液(或半固态浆料)施加很高的压力进行挤压,破坏晶枝的生长,在压力下补缩,从而得到品质很好的铸件的方法。在凝固零件的过程中,可以移动铸型加压部分以及冲头,在压力作用下,零件会进行结晶,同时零件出现变形,零件的高力学性能和组织的细密性就可获得。此法由于零件形状的大小和设备条件会限制挤压铸造的应用,在进行简单形状和高性能的复合铸件时较为适用。

  5.搅拌铸造法

  这种方法可划分为半固态搅拌法以及液态搅拌法两种。在运用搅拌法的制作方式下,进行金属基复合材料及制件的制作方法是:首先焰化基体金属,当其处于液态或半固态状态时,对其进行充分搅拌,在搅拌过程中进行增强材料等的增加,使基体金属中均匀分布着增强材料,就完成了复合材料浆料制作。它有着简单化的搅拌法操作程序、较高的生产效率、较低的制造成本,在工业规模生产过程中,此法最为成熟和应用最广。

  目前的制备工艺都存在自身的优缺点,各个方法中,挤压铸造法能得到较好质量的铝基复合材料,同时制备工艺简单、成本低,具备工业化生产的可能性。真空压力浸渗法对纤维损伤小,能得到更高质量的铝基复合材料,但制备成本昂贵,离工业化生产还有距离。