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

【文章來源】：陜西理工大學陜西省

【文章頁數】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳纖維增強鋁基復合材料的應用Fig.1-1Applicationofcarbonfiberreinforcedaluminummatrixcomposite

第1章緒論-3-量輕，同時密度小，具有其他金屬材料所不具備的各項有點，受到很多研究者的青睞，鋁基復合材料的制備成型對溫度的要求較低，并且鋁基復合材料熱膨脹系數小，已經應用在航空航天以及生活中的各個領域。從圖1-2可以看出，與傳統(tǒng)金屬材料相比較，金屬基復合材料也具有較高的比強度，在低溫下，鋁基復合材料相比于其它復合材料擁有很高的比強度。同時，金屬基復合材料比樹脂基復合材料擁有較高的耐熱性和導電性，比陶瓷材料具有較高的韌性和沖擊性能[8]。圖1-2各種復合材料比強度對比圖Fig.1-2Comparisonofspecificstrengthofvariouscompositematerials1.3連續(xù)碳纖維增強鋁基復合材料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，是新一代的增強纖維。作為一種高性能纖維，碳纖維材料已廣泛應用于軍事和民用工業(yè)的各個領域，從航空航天，航空，汽車，電子，機械，化學，輕紡和其他民用工業(yè)到運動器材和休閑用品。因此，碳纖維被認為是高科技領域中新型工業(yè)材料的典型代表，并引起了全世界的關注[11-12]。碳纖維是一種具有優(yōu)異機械性能的新型材料。它的比重小于鋼的1/4，比鋁輕，比強度是鐵的20倍[13]。例如，碳纖維樹脂復合材料的抗拉強度通常高于3500MPa，是鋼的7～9倍，抗張彈性模量為230～430GPa，也高于鋼。因此，比強度，即材料的強度與其密度之比，可以達到2000MPa·g·cm﹣3以上，而A3鋼的比強度只有約59MPa/（g/cm

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


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