[发明专利]一种提高碳纤维增强铝基复合材料力学性能的方法

说明书

一种提高碳纤维增强铝基复合材料力学性能的方法，涉及提高碳纤维增强铝基复合材料的力学性能的方法。目的是解决现有碳纤维增强铝基复合材料制备时铝合金与碳纤维的界面易生成界面产物Al₄C₃的问题。方法：称取铝铈中间合金和铝合金作为原料，高温加热熔融铝合金，再加入铝铈中间合金，进行搅拌，得到含有铈的铝合金熔液；进行压力浸渗，热处理。本发明利用热力学原理，通过加入易偏析的元素，在晶界上偏析析出，改善碳纤维与铝基体的界面接触状态，可以降低晶界表面能，减少界面反应，这样就起到了抑制碳纤维与铝基体界面反应，减小碳纤维的损伤，提高复合材料力学性能。本发明适用于制备碳纤维增强铝基复合材料。

技术领域

本发明涉及提高碳纤维增强铝基复合材料的力学性能的方法。

背景技术

碳纤维增强铝基复合材料是比强度和比刚度最高的材料之一，在航空航天领域有广泛的应用前景。碳纤维增强铝基复合材料用于制造火箭发动机的外壳、导弹仪器舱、卫星天线支架、航天站上支架安装板及高精度光学测量系统中的光学反射镜或反射镜的支架等。随着航天技术的不断发展对轻质碳纤维铝基复合材料的需求越来越迫切，同时希望碳纤维增强铝基复合材料的力学性能指标能越高越好。

由于碳纤维和铝基体在高温下会发生反应生成界面产物Al₄C₃，这种界面产物微观上是从碳纤维表面长出的一种针状的脆性相，会造成碳纤维的损伤，影响复合材料的力学性能；另外，碳纤维与铝基体在界面处的反应产物Al₄C₃容易水解，而水解后会留下小的孔洞，造成复合材料力学性能下降。

发明内容

本发明为了解决现有碳纤维增强铝基复合材料制备时铝合金与碳纤维的界面易生成界面产物Al₄C₃的问题，提出一种提高碳纤维增强铝基复合材料力学性能的方法。

本发明提高碳纤维增强铝基复合材料力学性能的方法按以下步骤进行的：

一、称料：称取铝铈中间合金和铝合金作为原料，原料中铈元素的质量分数为0.05～0.9％；

二、混熔：高温加热熔融步骤一称取的铝合金，再加入铝铈中间合金，进行搅拌，得到含有铈的铝合金熔液；

三、成型：将碳纤维增强体装入模具中并预热，将步骤二获得的含有铈的铝合金熔液倒入模具中，进行压力浸渗，得到碳纤维增强铝基复合材料；压力浸渗过程中，将步骤二获得的含有铈的铝合金熔液倒入模具后装载石墨压头，通过压力机施加压力，合金熔液渗入到碳纤维预制体中；

四、热处理：首先将步骤三得到的碳纤维增强铝基复合材料加热至100℃保温0.5h，然后加热至200℃保温0.5h，再加热至300～400℃保温0.5h～12h，然后炉冷至室温，即完成。

本发明原理及有益效果是：