[发明专利]碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于冶金复合材料领域，尤其涉及一种碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。

    铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体，铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝基复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。但是现有技术的铝基复合材料的颗粒分布不均匀，网孔较大，因此硬度较低，而且其拉伸强度和屈服强度也不高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法，复合材料的颗粒分布均匀，拉伸强度和屈服强度增强，硬度高。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

碳纤维增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度≤120μm的石墨粉1～10%、粒度≤85μm的钴粉4～9%、粒度≤100μm的硫化铝5～6%、粒度≤75μm的氧化锌7～9%、粒度≤40μm的氧化铁2～6%、粒度≤30μm的羧甲基纤维素钠1～5%、粒度≤25μm的碳化硅4～20%、其余为粒度≤60μm的铝粉。

作为对本发明的进一步改进，碳纤维增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：石墨粉5%、钴粉8%、硫化铝5.5%、氧化锌8%、氧化铁4%、羧甲基纤维素钠3%、碳化硅12%、其余为铝粉。

作为对本发明的进一步改进，碳化硅比重为3.23～3.24，显微硬度为2840～2900kg/mm²。

上述碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将石墨粉、钴粉、硫化铝、氧化锌、氧化铁、羧甲基纤维素钠、碳化硅、铝粉混匀后，经过GB6003规定的200目筛，然后至少干混1～2h；

（2）在700～800MPa的压力下压制成型；

（3）烧结，烧结温度为800～1200℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。

（4）降温冷却。

    作为对本发明的进一步改进，步骤（3）升温速率为80～90℃/min。

作为对本发明的进一步改进，步骤（4）降温速率为1.5℃/min。

原理：碳化硅可以大幅度细化基体组织，经过高温分散后，使颗粒分布均匀，强度高，硬度高。

有益效果

    本发明的布氏硬度为90.8～92.6，拉伸强度为269～276MPa，屈服强度为176～180MPa，弹性模量为86～89GPa，因为碳化硅的加入可以大幅度细化基体组织，使颗粒分布均匀，拉伸强度和屈服强度增强，硬度高。

具体实施方式

    下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。

实施例1

碳纤维增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度≤120μm的石墨粉5%、粒度≤85μm的钴粉8%、粒度≤100μm的硫化铝5.5%、粒度≤75μm的氧化锌8%、粒度≤40μm的氧化铁4%、粒度≤30μm的羧甲基纤维素钠3%、粒度≤25μm的碳化硅12%、其余为粒度≤60μm的铝粉。

碳化硅比重为3.23～3.24，显微硬度为2840～2900kg/mm²。

上述碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将石墨粉、钴粉、硫化铝、氧化锌、氧化铁、羧甲基纤维素钠、碳化硅、铝粉混匀后，经过GB6003规定的200目筛，然后至少干混1～2h；

（2）在700～800MPa的压力下压制成型；

（3）烧结，烧结温度为800～1200℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。

（4）降温冷却。

    步骤（3）升温速率为80～90℃/min。

步骤（4）降温速率为1.5℃/min。

实施例2