碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料概述

碳纖維/石墨增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是一種用于工業(yè)生產(chǎn)、建筑的復(fù)合材料。

中文名稱

碳纖維/石墨增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料

英文名稱

carbon/graphite fiber reinforced Al- matrix composite

定　　義

以高性能碳或石墨纖維增強(qiáng)鋁或鋁合金為基體的復(fù)合材料。具有密度低、強(qiáng)度高、剛性好、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好及尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），復(fù)合材料（二級學(xué)科），金屬基復(fù)合材料（三級學(xué)科）

碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、良好的塑性和導(dǎo)熱性等特點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的功能材料和結(jié)構(gòu)材料，有望應(yīng)用于航天航空、軍事和汽車工業(yè)等領(lǐng)域。本項(xiàng)目以碳纖維編制布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料為研究對象，研究碳纖維與基體結(jié)合過程中的界面反應(yīng)行為，以及凝固過程中鍍層工藝和外場對界面行為的影響，為碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法提供理論指導(dǎo)。本項(xiàng)目經(jīng)過三年研究，取得如下結(jié)果： 1、提出一種半固態(tài)鑄軋法制備碳纖維布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工藝，利用壓力場促使鋁基體和碳纖維編織布的界面結(jié)合。借助模擬計(jì)算建立了溫度參數(shù)和塑性變形量間的關(guān)系，闡釋變形機(jī)制。通過調(diào)控外加壓力和金屬流動性，實(shí)現(xiàn)了鋁熔體對碳纖維布的完全滲進(jìn)。碳纖維編織布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板材能夠在彎曲變形中提供良好的強(qiáng)化效果。 2、得到基體和纖維的滲進(jìn)規(guī)律，闡釋電磁誘導(dǎo)的滲浸轉(zhuǎn)變機(jī)制。在液態(tài)復(fù)合過程中引入脈沖磁場，實(shí)現(xiàn)了金屬熔體對編織布的滲浸過程由逐層滲浸方式向梯度同步滲浸方式轉(zhuǎn)變。電磁場引入的磁致壓力促進(jìn)增加熔體滲浸深度。以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了電磁鑄造法制備碳纖維布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。 3、設(shè)計(jì)針對平紋碳纖維編織布的表面鍍層新工藝。在傳統(tǒng)化學(xué)鍍層的工藝基礎(chǔ)上，優(yōu)化了一種針對于平紋碳纖維編織布特點(diǎn)的表面化學(xué)鍍鎳方法，將鍍液的穩(wěn)定時(shí)間延長至 120min以上，鍍層的含磷量降低至9wt.%。并通過開發(fā)新的氧化劑體系，設(shè)計(jì)了膠態(tài)鈀鍍液化學(xué)鍍鎳工藝和碳纖維表面接枝短鏈羧酸銅的工藝。不僅簡化了原有的鍍層工藝，大幅降低了成本，更提升了鍍層的均勻性與穩(wěn)定性。