一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，包括：提供长碳纤维，对长碳纤维进行除胶预处理；提供2024铝合金粉，采用滚筒低速混料的方式混合长碳纤维和2024铝合金粉，使长碳纤维的表面吸附2024铝合金粉，并采用平铺堆叠的方式制备预制体；对预制体进行真空热压处理，得到复合材料试样；对复合材料试样进行热处理，得到高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料。本发明专利技术制备得到的长碳纤维增强铝基复合材料中长碳纤维分布均匀，拉伸强度和导热性均明显提高，而且该方法工艺简单，对设备和操作环境要求低，能够节约能耗和成本，可实施性强，有利于实现产业化。有利于实现产业化。有利于实现产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及铝基复合材料
，具体地，涉及一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]铝是日常生活常见的金属，为银白色轻金属。具有良好的延展性、成型性，可进行多种机械加工，而且铝及铝合金重量轻、导电导热良好、耐腐蚀等特点，可被制成线材、板材等多种型材，广泛应用于航空、航天、汽车、机械电子等工业领域。但是铝及铝合金强度中等、热膨胀系数高严重影响了其应用范围。为了提高铝及铝合金的力学性能，保持良好的导热性，常采用复合增强的方法。例如利用SiC增强铝基体，虽然拉伸性能提高，但是SiC的热导率有上限，限制复合材料导热的进一步提升；利用金刚石增强铝基体，虽然热导率会提升，但是强度却不容易提高而且后续加工困难，另外金刚石昂贵，不适合大范围生产。
[0003]碳纤维用腈纶、沥青、粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化处理制备的一类碳纤维，含碳量在90％以上，分子结构介于金刚石和石墨之间。它不仅重量轻，拉伸强度高，模量高、耐高温而且具有良好的导电导热性以及低的热膨胀系数,如果利用碳纤维增强铝基复合材料，将会具有高强高导性能。
[0004]目前利用碳纤维增强铝基复合材料的主要方法主要是压力浸渗和压力铸造等液态法。但是液态法制备的坯料还需二次加工才能得到复合材料，而且液态法制备温度高，碳纤维与铝直接接触容易反应生成Al4C3，同时破坏了碳纤维的结构，从而不利于复合材料拉伸强度和热导率的提高。虽然可以对碳纤维进行表面改性处理，从而阻碍界面反应，但是工艺步骤变得复杂，周期长，导致生产成本提高，生产效率降低。固态法制备碳纤维增强铝基复合材料的温度相对较低，有利于节约能耗，同时可以控制界面反应，而且复合材料样品不需要二次加工便可得到，但是碳纤维束不易被基体浸润分散。
[0005]经过检索发现：
[0006]申请公开号为CN103397284A的中国专利技术专利公开了一种碳纤维增强铝基层状复合板的制备方法，采用铝粉与碳纤维布加热熔融结合，振动加压，制成铝基层状复合板。虽然采用真空热压法，也没有形成脆性化合物，但是碳纤维分布呈现明显的层状分布，抗拉强度只有144MPa。
[0007]申请公开号为CN108866457A中国专利技术专利公开了一种连续碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，采用在连续碳纤维的表面通过有机凝胶粘附固化铝粉的方法，通过控制碳纤维表面的粘附铝层的厚度，从而控制热压烧结后复合材料中碳纤维的含量与间距，使得碳纤维在铝基体中平行分布，并且能制备出高碳纤维含量的铝基复合材料。但是在制备过程中需对碳纤维表面进行镀铜处理，然后再将碳纤维浸渍有机粘附剂才能吸附铝粉，工艺步骤繁琐，效率低。而且通过该方法制备出的碳纤维体积分数为30.1％的复合材料拉伸强度只有245.5MPa。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]根据本专利技术的一个方面，提供一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，包括：
[0011]提供长碳纤维，对长碳纤维进行除胶预处理；
[0012]提供2024铝合金粉，采用滚筒低速混料的方式混合所述长碳纤维和所述2024铝合金粉，使所述长碳纤维的表面吸附所述2024铝合金粉，并采用平铺堆叠的方式制备预制体；
[0013]对所述预制体进行真空热压处理，得到复合材料试样；
[0014]对所述复合材料试样进行热处理，得到高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料。
[0015]优选地，对长碳纤维进行除胶预处理，包括：将长碳纤维浸渍于丙酮中12～24h进行除胶，再用去离子水清洗除胶后的长碳纤维，然后将长碳纤维于80～100℃条件下真空干燥6～10h。
[0016]优选地，所述长碳纤维为中间相沥青基碳纤维，所述长碳纤维的拉伸强度高于2000MPa，弹性模量高于500GPa，热导率高于300W/(m
·
K)，热膨胀系数低于
‑
0.5ppm/K。
[0017]优选地，采用滚筒低速混料的方式混合所述长碳纤维和所述2024铝合金粉，使所述长碳纤维的表面吸附所述2024铝合金粉，并采用平铺堆叠的方式制备预制体，包括：
[0018]根据所需制备复合材料试样的体积以及长碳纤维的体积分数，确定长碳纤维和2024铝合金粉的重量，称取后将两者分成相同的若干等份，将每一份的长碳纤维和2024铝合金粉在滚筒混料机中低速混料，混料后每一份包含表面吸附有2024铝合金粉的长碳纤维和剩余的未被吸附的2024铝合金粉；然后先将表面吸附有2024铝合金粉的长碳纤维平铺在石墨模具中，再将剩余的未被吸附的2024铝合金粉铺在长碳纤维上，如此反复，直至最后一份剩余的未被吸附的2024铝合金粉铺在长碳纤维上；得到装于石墨模具中的预制体。
[0019]优选地，所述2024铝合金粉的直径为5～50m。
[0020]优选地，所述若干等份为10～30份。
[0021]优选地，混料速度为5～30rmp，混料时间为10～120min。
[0022]优选地，所述长碳纤维的体积分数为10～40％。
[0023]优选地，对所述预制体进行真空热压处理，包括：将装有预制体的石墨模具放置于热压炉中，打开真空泵排空炉腔，直到炉腔内的压力为2
×
10
‑2～8
×
10
‑2Pa；将热压炉以5～20℃/min加热至510～630℃，然后对装有预制体的石墨模具施加15～55MPa的压力并保持20～180min；热压结束后，冷却至室温，从热压炉中取出石墨模具，然后脱模，得到复合材料试样，所述复合材料试样为烧结态复合材料。
[0024]优选地，对所述复合材料试样进行热处理，包括：将所述复合材料试样在通入氩气的管式炉以5～20℃/min加热至470～510℃中，保温20～60min，然后放入冷水中淬火处理，最后在160～210℃的箱式炉中保温2～10h，随炉冷却，得到热处理态的复合材料，即为所述高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下至少之一的有益效果：
[0026](1)本专利技术通过长碳纤维表面吸附2024铝合金粉以及控制堆叠次数，从而能够避
免长碳纤维的团聚，而且工艺操作简单，对工艺设备的要求小；
[0027](2)本专利技术利用真空热压法制备复合材料，并调控热压工艺和热处理工艺，最终得到均匀分散的长碳纤维增强铝基复合材料，解决了长碳纤维与铝基体的润湿性问题以及长碳纤维在铝基体中分散的问题；
[0028](3)本专利技术无需对长碳纤维表面进行改性处理，而且制备复合材料的温度相对较低，可以节约能耗和生产成本；
[0029](4)本专利技术制备的高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料，相比于现有技术中的铝基复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：提供长碳纤维，对长碳纤维进行除胶预处理；提供2024铝合金粉，采用滚筒低速混料的方式混合所述长碳纤维和所述2024铝合金粉，使所述长碳纤维的表面吸附所述2024铝合金粉，并采用平铺堆叠的方式制备预制体；对所述预制体进行真空热压处理，得到复合材料试样；对所述复合材料试样进行热处理，得到高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，对长碳纤维进行除胶预处理，包括：将长碳纤维浸渍于丙酮中12～24h进行除胶，再用去离子水清洗除胶后的长碳纤维，然后将长碳纤维于80～100℃条件下真空干燥6～10h。3.根据权利要求2所述的高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述长碳纤维为中间相沥青基碳纤维，所述长碳纤维的拉伸强度高于2000MPa，弹性模量高于500GPa，热导率高于300W/(m
·
K)，热膨胀系数低于
‑
0.5ppm/K。4.根据权利要求1所述的高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，采用滚筒低速混料的方式混合所述长碳纤维和所述2024铝合金粉，使所述长碳纤维的表面吸附所述2024铝合金粉，并采用平铺堆叠的方式制备预制体，包括：根据所需制备复合材料试样的体积以及长碳纤维的体积分数，确定长碳纤维和2024铝合金粉的重量，称取后将两者分成相同的若干等份，将每一份的长碳纤维和2024铝合金粉在滚筒混料机中低速混料，混料后每一份包含表面吸附有2024铝合金粉的长碳纤维和剩余的未被吸附的2024铝合金粉；然后先将表面吸附有2024铝合金粉的长碳纤维平铺在石墨模具中，再将剩余的未被吸附的2024铝合金粉铺在长...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳求保，朱城楠，
申请(专利权)人：马鞍山经济技术开发区建设投资有限公司，
类型：发明
国别省市：