[发明专利]一种碳纤维增强金属铝复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维增强金属铝复合材料及其制备方法，包含以下质量百分比的组分：5～15％碳纤维，90～95％Al，0.5～1.2％Mg，0.1～0.3％Ti，0.1～0.3％Cr，0.5～1.5％Si，各组分质量之和为100％。制备方法包括：将碳纤维依次用丙酮、浓酸和硅烷偶联剂处理，然后加入三氯化硼和六甲基二硅氮烷混合溶液中浸渍，得到表面覆盖有聚硅硼氮烷前驱体的碳纤维与铝合金粉末混合后进行热等静压烧结，得到碳纤维增强金属铝复合材料。本发明制备方法工艺简单，碳纤维损伤小，得到的碳纤维增强金属铝复合材料的界面组成为SiBNC‑Al，复合材料的力学性能较好。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，特别涉及一种碳纤维增强金属铝复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅速发展，对材料的性能提出了越来越高的要求。复合材料作为一种重要的新型材料，其具有能同时发挥基体和增强体的协同作用，又有很强的材料体系可设计性等优点，得到了快速的发展。金属基复合材料是以高性能第二相为增强体，金属或合金为基体的复合材料。金属基复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨损、耐高温、高阻尼、以及不吸湿、不放气、不老化、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、导电导热等优异的物理性能和力学性能，克服了聚合物基复合材料在航天航空领域中使用时存在的缺点，取得了令人瞩目的发展，已广泛应用于航空航天等尖端技术领域，是一种理想的结构材料。

目前用于复合材料基体的金属有铝、铜、钛、镍等，由于铝合金具有断裂韧性高等良好的综合性能，对纤维填充结合的蠕变成型能力强，强度高以及抗腐烛性好，特别是它的低密度，将使材料具有极高的比强度，这些优势使得铝合金在发展复合材料中倍受青睐。

中国专利CN103602932A(公开日期为2014年2月26日)公开了一种碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法，该方法将碳纤维浸入SnCl₂中进行敏化，然后将敏化后的碳纤维放入浓HNO₃中进行氧化，将氧化后的碳纤维进行电镀铜或化学镀铜，将镀铜后的碳纤维于800℃～840℃条件下与铝熔体搅拌混合后倒入模具中浇筑，即得碳纤维增强铝基复合材料。该方法的优点是工艺简单，生产成本低廉，适合工业化连续生产。缺点是碳纤维和金属铝浸润性差，复合材料内碳纤维分布不均，材料尺寸不精确。

中国专利CN104328297A(公开日期为2015年2月4日)公开了一种碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法，该方法将石墨粉、钻粉、硫化铝、氧化锌、氧化铁、羧甲基纤维素钠、碳化硅、铝粉混匀后，经过规定的目筛，干混1～2小时。在700～800MPa的压力下压制成型，在温度为800～1200℃，压力为2～3MPa的条件下烧结，保温30～40分钟，冷却降温即得到碳纤维增强铝基复合材料。该方法的优点是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。其缺点为碳纤维和铝之间容易发生有害界面反应，损伤碳纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纤维增强金属铝复合材料及其制备方法，该方法克服现有技术制备碳纤维增强金属铝复合材料所存在的碳纤维和金属铝浸润性差，碳纤维和金属铝之间容易发生有害界面反应，材料组织不均匀等缺点。

本发明的一种碳纤维增强金属铝复合材料，包含以下质量百分比的组分：5～15％表面覆盖有聚硅硼氮烷前驱体的碳纤维，90～95％Al，0.5～1.2％Mg，0.1～0.3％Ti，0.1～0.3％Cr，0.5～1.5％Si，各组分质量百分比之和为100％。

本发明的一种碳纤维增强金属铝复合材料的制备方法，包括：

(1)将碳纤维在丙酮中超声浸渍，然后清洗，干燥，得到预处理的碳纤维；

(2)将步骤(1)得到的预处理的碳纤维浸没在浓度为65～75％的浓酸中，油浴处理，然后清洗，干燥，得到浓酸处理的碳纤维；