连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102554449A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102554449A(43)申请公布日2012.07.11(21)申请号201210033546.8(22)申请日2012.02.15(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人李卓然张相龙冯广杰刘羽冯吉才(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人韩末洙(51)Int.Cl.B23K20/02(2006.01)B23K20/14(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图11页(54)发明名称连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法(57)摘要连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法，它涉及连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法。本发明要解决传统焊接方法整体加热温度高，导致增强相碳纤维与铝之间发生严重的界面反应，恶化母材性能的问题。方法：一、将钛粉、铝粉、纳米碳粉、锡粉和铜粉混合，球磨得到混合粉末；二、将混合粉末压制成中间层；三、将中间层置于铝基复合材料与金属之间件，放到真空炉内整体加热，施加压力，加热至500℃时停止加热，随炉冷却至室温。本发明制备的粉末中间层点燃温度低，在点燃温度点附近进行整体加热，不会恶化母材的性能，很好的保持了母材的各种优良特性。利用本发明中间层与两侧母材达到很好的冶金结合，接头强度可达45.7MPa。CN102549ACN102554449A权利要求书1/1页1.连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法，其特征在于连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法是按下述步骤进行的：步骤一、按重量份数比将31～35份目数≥325目的钛粉、41～45份目数≥325目的铝粉、2～4份纳米碳粉、10～12份目数≥325目的锡粉和9～11份目数≥325目的铜粉混合，置于球磨罐内，按球料质量比为5∶1比例放入磨球，氩气进行保护，以300～500r/min速度球磨2～3h得到混合粉末；步骤二、将步骤一获得的混合粉末压制成相对密度为60％～80％和厚度为1～3mm的中间层，然后放在密闭容器中；步骤三、将步骤二获得的中间层置于铝基复合材料与金属之间装配成“三明治”式装配件，然后将装配件夹好放到真空炉内整体加热，同时施加5MPa的压力，加热至500℃时停止加热，随炉冷却至室温，从而实现了碳纤维增强铝基复合材料与金属的连接。2.根据权利要求1所述的连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法，其特征在于步骤一中按重量份数比将32～34份目数≥325目的钛粉、42～43份目数≥325目的铝粉、2.5～3.5份纳米碳粉、10.5～11.5份目数≥325目的锡粉和9.5～10.5份目数≥325目的铜粉混合。3.根据权利要求1所述的连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法，其特征在于步骤一中按重量份数比将33份目数≥325目的钛粉、42.5份目数≥325目的铝粉、3.0份纳米碳粉、11份目数≥325目的锡粉和10份目数≥325目的铜粉混合。4.根据权利要求1、2或3所述的连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法，其特征在于步骤二所述压制是利用半自动的液压机器进行的。2CN102554449A说明书1/3页连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法技术领域[0001]本发明涉及连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法。背景技术[0002]铝基复合材料具有高的比强度、比刚度、轴向拉伸强度和耐磨性，优异的耐高温性能和低的热膨胀系数，良好的导电、导热性、抗疲劳性，以及在潮湿或辐射环境下良好的尺寸稳定性等优点，是一种理想的轻质高强材料。碳纤维增强铝基复合材料密度小于铝合金，模量却比铝合金高2～4倍，在250℃时其抗拉强度仍能保持室温抗拉强度的81％，其疲劳强度比铝合金高38％。制成的构件具有质量轻、刚性好、较小的壁厚、较高的稳定性，可大大提高设备容量和装载能力。用碳纤维增强铝基复合材料制成的卫星抛物面天线骨架，热膨胀系数低、导热性好，可在较大温度范围内保持其尺寸稳定，使卫星抛物面天线的增益效率提高4倍。DWA公司用石墨纤维增强铝基复合材料为NASA和Lockheed公司制造卫星上的波导管。用这种材料制成的波导管不但轴向刚度高、膨胀系数低、导电性能好，而且比原用石墨/环氧一铝层复合制成的波导管轻30％。随着C/Al复合材料工程化应用进展的加快，材料自身及与其它材料之间的连接问题已变得越来越重要。[0003]纤维增强金属基复合材料由基体金属及增强纤维组成，焊接这种复合材料的难点在于，在较高的温度下，金属基复合材料中的基体与增强纤维之间通常是热力学不稳定的，两者的接触界面上易发生化学反应，生成对材料性能不利的脆性相，这种反应通常称为界面反应。碳在固态和液态铝中的溶解度都不大