[发明专利]一种碳纤维增强铝锂合金复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种碳纤维增强铝锂合金复合材料及其制备方法。该复合材料是由经过预先处理的碳纤维与铝锂合金粉末混合烧结而成，碳纤维体积分数含量1～10%。本发明的制备方法主要包括碳纤维的灼烧、粗化、中和处理、球磨混料以及真空热压烧结。通过调控碳纤维的体积分数，能降低铝锂合金的密度，提升铝锂合金的强度、韧性并改善其各向异性。本发明特别适用于要求材料具有轻质、较高强度综合性能良好的航空航天飞行器零部件。

主权项

一种碳纤维增强铝锂合金复合材料，其特征在于：由铝锂合金粉及其体积分数为1～10%的经预先处理的碳纤维制成，其中，按照重量比，铝锂合金粉的组成成分为1～3%的Li、0.1～3.5% 的Mg、2～3%的Cu、0.1～0.5%的Mn、0.05～0.2%的Zr、0.3‑1%的Zn，其余为Al及不可避免的杂质；所述经预先处理的碳纤维是指：将选取直径10μm的碳纤维剪成2‑3mm的短碳纤维，然后依次进行灼烧、粗化和中和处理后得到，具体操作为：先将短碳纤维在400℃～450℃的温度下灼烧10～60min，而后再将其冷却至常温后置于质量浓度为25%的稀硝酸溶液中煮沸5‑15min，过滤出的短碳纤维用蒸馏水冲洗后置于质量浓度为15%的氢氧化钠溶液中2‑10min，再次过滤出短碳纤维用蒸馏水反复浸泡和冲洗后即完成碳纤维的处理；上述碳纤维增强铝锂合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：1）碳纤维的预先处理选取直径10μm的碳纤维剪成2‑3mm的短碳纤维，然后将短碳纤维在400℃～450℃的温度下灼烧10～60min，待其冷却至常温后置于质量浓度为25%的稀硝酸溶液中煮沸5‑15min，过滤出的短碳纤维用蒸馏水冲洗后再置于质量浓度为15%的氢氧化钠溶液中2‑10min，再次过滤出短碳纤维用蒸馏水反复浸泡和冲洗后即完成碳纤维的处理；2）混料将步骤1）得到的经过预先处理的短碳纤维按照体积分数1‑10%的比例加入到铝锂合金粉末中，然后采用行星式球磨机混料直至观察不到团聚为止，得到原料粉备用；其中，所述铝锂合金粉的组成成分为1～3%的Li、0.1～3.5% 的Mg、2～3%的Cu、0.1～0.5%的Mn、0.05～0.2%的Zr、0.3‑1%的Zn，其余为Al及不可避免的杂质；3）烧制合金将步骤2）中得到的原料粉在真空度为0.001‑0.005Pa、压强为30‑100MPa的条件下烧结，烧结时，以每分钟30‑80℃的升温速率将温度升至530‑600℃并保持该温度5‑30min完成烧结，烧结完成后自然冷却至室温即得到产品。