一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111155038A(43)申请公布日2020.05.15(21)申请号202010090776.2C22C101/10(2006.01)(22)申请日2020.02.13C22C121/02(2006.01)(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人应韬李是捷曾小勤周海涛肖旅李中权(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人蒋亮珠(51)Int.Cl.C22C47/04(2006.01)C22C47/06(2006.01)C22C47/12(2006.01)C22C49/04(2006.01)C22C49/14(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法(57)摘要本发明涉及一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，对短切碳纤维进行预处理后，采用溶胶凝胶法在短切碳纤维上涂覆氧化物涂层，来改善镁与碳纤维之间的润湿性；之后取涂覆好的短切碳纤维与粘接剂及空心微珠混合均匀后置于模具中，挤压成型，得到毛坯；将毛坯置于管式炉中烧结后得到短切碳纤维预制块；将所述预制块与基体合金进行挤压铸造成型，得到复合材料铸锭；将铸锭进行热挤压，形成高强高模量碳纤维增强镁基复合材料棒材。与现有技术相比，本发明制备的短切碳纤维增强镁基复合材料，短切碳纤维体积分数达60％，棒材浸渗缺陷少，力学性能高，抗拉强度达430MPa，弹性模量达87GPa。CN111155038ACN111155038A权利要求书1/2页1.一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，短切碳纤维预处理将短切碳纤维置于丙酮中，搅拌均匀后进行超声处理，得到除胶碳纤维，将所述除胶碳纤维置于硝酸溶液中，搅拌均匀后进行超声处理，取出后清洗干燥，得到酸氧化碳纤维；步骤2，涂层涂覆将所述酸氧化碳纤维置于涂层溶胶中，搅拌均匀后进行超声处理，取出后用细滤网滤去多余溶胶后置于坩埚中，放入马弗炉内，烧结后得到涂层碳纤维；步骤3，毛坯的制备称取涂层碳纤维与粘结剂和空心微珠混合均匀超声处理后，置于模具内，使用千斤顶将其挤压成型，在室温下干燥，得到毛坯；步骤4，将所述毛坯置于管式炉内，在氩气气氛中烧结后得到短切碳纤维预制块；步骤5，将所述短切碳纤维预制块与镁合金在液压机上进行挤压铸造成型，得到镁基复合材料铸锭；步骤6，将所述镁基复合材料铸锭进行热挤压，形成高强高模量碳纤维增强镁基复合材料棒材。2.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，碳纤维在丙酮中的超声处理时间为20～40min，再自然浸泡40～60min；所述的硝酸溶液的质量浓度为20～40％，碳纤维硝酸氧化处理为水浴加热，温度为70℃～80℃，时间为1～3h。3.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，涂层溶胶选自氧化镁、二氧化硅或二氧化钛的溶胶；碳纤维在溶胶中的超声处理时间为40s～60s；细滤网的孔径为200～300目。4.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，马弗炉的烧结程序为以2℃/min的升温速度，从室温升至250℃，在250℃保温10min，以4℃/min的升温速度，从250℃升至450℃，在450℃保温60min。5.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述的粘结剂为酸性磷酸二氢铝或水玻璃，酸性磷酸二氢铝的pH为1.4～2.3，水玻璃模数在2.8～3.4；所述的空心微珠直径为5-10μm，中空，主要成分为SiO2和Al2O3；所述的涂层碳纤维与粘结剂和空心微珠的质量比为：16:100:1；超声处理时间为20～40min；挤压过程中，千斤顶的压力为15～20MPa，保压时间为30～40min。6.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述的烧结过程温度为400℃，升温速度为5℃/min，保温时间为1h。7.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤5中，短切碳纤维预制块与镁合金的体积比为：50～70:50～30。所述的镁合金为纯镁，杂质≤0.1％。8.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤5中，短切碳纤维预制块和模具的预热温度为550℃，浇铸温度为700℃～730℃，浸渗压2CN111155038A权利要求书2/2页力为40～80MPa，保压时间为40s～60s。9.根据权利要求1所述的一种短切碳纤维增强镁基复合材料的