碳纤维增强铝基复合材料 课件.ppt

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1、碳纤维增强铝基复合材料讲解人：张金目录1铝合金与碳纤维概述2碳纤维的表面预处理及表面镀铜处理3碳纤维增强铝基复合材料的制备4碳纤维增强铝基复合材料的性能测试5碳纤维增强铝基复合材料的性能分析6结论1概述铝合金具有断裂韧性高、高强度、优良的抗腐蚀性、低密度等良好的综合性能，从而铝合金在复合材料的发展中倍受青睐。因此铝基复合材料发展最快并成为当前金属基复合材料发展和研究工作的主流。其主要应用领域一是航空、航天和军事领域，二是汽车、电子信息和高速机械等民用领域。电子封装用铝基复合材料高强铝基复合材料电缆桥架1概述铝基复合材料增强用的纤维有硼纤维、碳化硅纤维、碳纤维及

2、金属丝纤维等。其中Cf/Al复合材料具有高比强度、高比刚度、低热膨胀、良好的尺寸稳定性等优异的性能，倍受航空航天部门的关注。国外已有其在卫星波导管、天线骨架、卫星桁架等对重量、强度、刚度要求很高的航天、航空部件应用的报导。特别是近几年来,伴随着高性能碳纤维的出现，以及因产量扩大而成本的降低，碳纤维铝基复合材料的研究受到广泛重视。2碳纤维的表面预处理未经表面处理的碳纤维具有表面光滑、惰性大、疏水等特点，很难在其表面上直接镀铜。为此，必须对碳纤维表面进行表面预处理。处理方法：将碳纤维在400℃高温下灼烧40min去除表面胶膜，过硫酸铵(200g/L)氧化提高碳纤维

3、表面的粗糙度，采用SnCl2（15g/L)作为敏化液，敏化时间2-5min，以AgNO3（5g/L）为活化液对碳纤维进行活化，活化时间为5min。碳纤维的表面镀层处理在制备碳纤维增强铝基复合材料的过程中，为了改善碳纤维与铝液的浸润性，抑制界面反应必须对碳纤维进行表面处理。目前，用于增强金属基复合材料的碳纤维表面处理方法主要有氧化处理、涂覆处理。其中氧化处理包括气相氧化和液相氧化，涂覆处理包括电镀、化学镀、气相沉积、溶胶-凝胶法等。从碳纤维束的镀铜效果来看，利用化学镀铜碳纤维的表面不够光亮，有一些小颗粒，镀层很薄。化学镀镀层与碳纤维的结合力差，镀层容易剥落。电镀

4、铜的碳纤维表面光亮且平整，但电镀所得到的铜镀层很不均匀，纤维束外部的纤维镀层很厚，但内部的碳纤维由于屏蔽效应镀的很不均匀，甚至镀不上，即黑心现象。因此可以对碳纤维先进行化学镀然后再进行电镀，这样既可以提高碳纤维与铜镀层的结合力又可获得均匀、较厚的镀层。3碳纤维增强铝基复合材料的制备本文采用机械搅拌法制备短碳纤维增强铝基复合材料，先将铝合金锭熔化，利用机械搅拌搅动液体金属，使铝合金熔体强烈流动形成漩涡，依靠漩涡的负压抽吸作用，将经过抗氧化处理的镀铜短碳纤维加到铝熔体中，铸造形成复合材料坯体。制备工艺流程铝合金↓预制碳纤维丝熔化↓↓纤维表面镀铜合金处理↓↓干燥除气

5、处理保温↓——————————→↓搅拌混合↓真空炉↓除气↓浇铸↓复合材料坯料碳纤维增强铝基复合材料的试样加工及热处理实验制备短碳纤维增强铝基复合材料的最佳工艺条件：复合温度：740℃；搅拌速度：900--1000r/min;搅拌时间：4-6min；真空炉温度：750℃；真空度：0.02-0.04MPa；除气时间：4min热处理工艺：退火处理参数：退火温度420℃，保温时间120min，冷却速度不大于30℃/h，冷却至180℃左右时，保温8h。4碳纤维增强铝基复合材料的性能测试力学性能测试：拉伸强度测试硬度测试疲劳性能测试复合材料的耐磨性能测试5碳纤维增强铝基复

6、合材料的性能分析6结论搅拌真空铸造法制备复合材料过程中，碳纤维的含量为6%，短纤维长度为2mm时，复合材料中碳纤维与基体结合紧密，力学性能较好。复合材料疲劳测试发现，添加碳纤维的复合材料在5×106循环周次下的抗疲劳强度比基体合金提高了29%，结合扫描电镜分析，可知碳纤维的加入能够阻止疲裂纹的扩展，提高复合材料的抗疲劳性能。复合材料的耐磨性能测试发现，复合材料的磨损分为三个阶段，即快速磨损期、平稳期、和不稳定磨损期。磨损量先随碳纤维含量的增加而降低，达到一定值后又有所上升。谢谢大家！