一种压力浸渗工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种压力浸渗工艺，该工艺为碳纤维增强铝基复合材料的压力浸渗工艺，首先制备增强预成型体，然后再一定的压力和温度条件下，将熔融的铝合金溶液浇注到模具中，从而制备碳纤维增强铝基复合材料，包括：碳纤维加热除胶—碱性除油—清洗—过滤—放入模具挤压成型—真空浸渗—冷却—成型。碳纤维除胶的加热温度为400度，加热时间10min，碱性除油为10％的NaOH溶液，温度为40度。真空浸渗为纤维预热温度300—400度，熔融的铝合金温度为700—800度，保护气为高纯度氩气，压力为3—6MPa，浸渗时间为30—45s。该发明专利技术制备的碳纤维增强铝基复合材料模量高，质量轻，刚性好，该工艺加工质量稳定，特别适合于小型复杂零件的加工制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压力浸渗工艺。
技术介绍
复合材料(composites)是指由两种或两种以上具有不同物理、化学性质的材料以微观、细观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的一个材料系统，它既保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能，可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材料的简单混合有本质区别。按不同的标准和要求，复合材料有多种分类方法:①按使用性能不同可分为结构复合材料和功能复合材料；②按基体材料类型不同可分为树脂基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料等；③按分散相的形态不同可分为连续纤维增强复合材料、纤维织物或编织体增强复合材料、片状材料增强复合材料、短纤维或晶须增强复合材料、颗粒增强复合材料等；④按增强纤维类型不同可分为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、陶瓷纤维复合材料等。与传统材料相比，复合材料具有可设计性、材料与结构的同一性、发挥复合效应的优越性和材料性能对复合工艺的依赖性等特点，还具有比强度高、比模量大、阻尼减震性能好和安全性尚等优点。纵观复合材料的发展，其在时间上可以分为三个阶段:20世纪40年代?60年代是复合材料的第一代，以开发重量轻、强度高、价格便宜的复合材料为中心(以E玻纤增强不饱和聚酯为代表)，是玻璃纤维增强树脂的时代；20世纪60年代?80年代是复合材料的第二代，其间玻璃纤维增强树脂得到进一步完善，同时出现了硼纤维、碳纤维和对位芳纶增强塑料，以及各种金属基、陶瓷基和碳基等复合材料，该20年是先进复合材料的开发时期；20世纪80年代以后，复合材料不仅在宇航及飞机材料中应用，而且在所有工业领域中都得到了应用，性能不断改善，功能性复合材料不断出现，这是先进复合材料得以充分发展的时期，为复合材料的第三代。随着复合材料的深入发展，结构一功能一体化的复合材料、功能复合材料和多功能复合材料、智能复合材料、纳米复合材料等一大批新材料、新技术已经蓬勃兴起。先进的结构复合材料与功能复合材料与现代计算技术、制造技术、表征测试技术和应用技术相结合，正在开创21世纪先进复合材料的新纪元。金属基复合材料(metal matrix composites, MMCs)是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合的复合材料。通过合理的设计和良好的复合效应，基体合金与增强材料之间能取长补短，发挥出各自的性能及工艺优势。金属基复合材料不仅具有现代科技对材料要求的强韧性、导电性、导热性、耐磨性和不吸潮等优良性能，而且在比强度、比刚度、比模量及高温性能方面超过其基体金属或合金，是一种在工程中具有广阔应用前景的高性能材料。金属基复合材料可分为宏观组合型和微观强化型两大类。宏观组合型指其组分能用肉眼识别和具备两组分性能的材料(如双金属、包履板等)，微观强化型指其组分需用显微镜才能分辨的以提高强度为主要目的的材料。根据基体不同，可划分为铝及铝合金、镁合金、钛合金、铜及铜合金、锌合金、铅、招钛和招镍金属间化合物等基体的金属复合材料；根据增强相形态不同，可划分为颗粒增强金属复合材料、晶须或短纤维增强金属基复合材料及连续纤维增强金属基复合材料。颗粒包括SiC、A1203、B4C等，晶须包括SiC、A1203、Si3N4等，短纤维包括A1203、SiC、硅酸铝等，连续增强体包括碳(石墨)纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维、莫来石丝纤维等。金属基复合材料的最初研制始于20世纪60年代，研究重点集中在钨丝或钢丝增强铜、硼纤维增强铝等连续纤维复合材料体系上，但因制备技术与成本的限制，当时未引起足够重视。进入20世纪80年代以来，高新技术的迅猛发展对轻质高强、耐热等先进材料的要求越来越迫切，从而促进了金属基复合材料的研究与开发。与聚合物基复合材料相比，金属基复合材料除了同样具有高比强度、比刚度及低膨胀系数的特点外，依所用的基体金属不同，还能耐受300?1200°C的高温。此外，在力学性能方面，金属基复合材料的横向及剪切强度较高，韧性较好。同时，还具有不燃、不吸潮、高导热、高导电、无真空放气污染、不存在老化问题和抗辐射及耐磨损等优点，并且相对容易进行二次加工，这些都是聚合物基复合材料难以相比的。金属基复合材料的不足之处是其工艺成本较高，制备及加工工艺较复杂，还不够成熟等。在技术成熟程度，研发规模及应用水平上，该种材料明显落后于聚合物基复合材料。尽管如此，在_涉及高温、高真空、高的散热要求等工况场合下，金属基复合材料仍具有很强的竞争力，有时甚至是无可替代的惟一选材。为此，一些发达国家仍大力进行研究和开发。例如，美国、日本已将金属基复合材料的研究列为21世纪新材料开发的重点项目。经过40年的发展，金属基复合材料的应用已从最初的航空航天及军事领域扩展到交通运输、电子元器件等民用领域。如用铝基复合材料制造的柴油机活塞、汽车驱动轴、发动机缸体等，用钛基复合材料制造飞机发动机部件、F-119发动机宽弦风扇叶片、发动机扩散喷管的动作器活塞等，用铌基复合材料制造涡轮叶片、纤维类超导体等，用铅基复合材料制造轴承、防辐射屏幕、蓄电池极板等，用铜基复合材料制造火箭的高温部件及船舶的螺旋桨等。碳纤维是由不完整石墨结晶沿纤维轴向排列的一种多晶新型无机非金属材料，其化学组成中碳元素含量达95%以上。碳纤维束由直径7?15 μ m的单丝集合而成，每束所含单丝数目1000?30000。碳纤维按照力学性能可分为高强型(HT)、超高强型(UHT)、高模量型(HM)、超高模量型(UHM);按照原料可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和人造丝(粘胶纤维)碳纤维。PAN纤维是制造碳纤维的主要原料，用它制造碳纤维的工艺流程如下:PAN原丝一200?300°C预氧化(空气中)一1150°C碳化(惰性气体)一碳纤维(低模高强)一210(TC石墨化一石墨纤维(高模高强)。聚丙烯腈基(PAN)碳纤维具有类石墨的化学结构，使用温度范围在一 170°C?2000°C。碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料，具有高强度、高比模量、优异的热物理性能、化学稳定性、阻尼减震降噪性等。碳纤维的抗拉强度是钢的2倍、铝的6倍，碳纤维模量是钢的7倍、铝的8倍。碳纤维与树脂、橡胶、陶瓷、玻璃、金属复合后可制作各种结构材料和绝热材料，多应用于宇航的火箭、卫星、导弹、飞机等高
随着碳纤维生产规模的扩大和当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力浸渗工艺，该工艺为碳纤维增强铝基复合材料的压力浸渗工艺，其特征在于首先制备增强预成型体，然后再一定的压力和温度条件下，将熔融的铝合金溶液浇注到模具中，从而制备碳纤维增强铝基复合材料，包括：碳纤维加热除胶——碱性除油——清洗——过滤——放入模具挤压成型——真空浸渗——冷却——成型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈秋，
申请(专利权)人：无锡桥阳机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32