專利名稱：一種鋁基碳纖維石墨復合材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁基復合材料，特別涉及一種鋁基碳纖維石墨復合材料及制備方 法。
背景技術：
鋁合金的缺點是硬度較低、耐磨性差，鋁基復合材料因密度小、耐腐蝕等優(yōu)點而成 為近年快速發(fā)展的新材料。鋁基復合材料包括非金屬球形顆粒、晶須、短纖維等非連續(xù)增強 型等，尤其是球形顆粒增強的鋁基復合材料其性能可與鈦臺金媲美，而價格不到鈦合金的 十分之一，因而被譽為有突破性進展的材料。目前制取球形顆粒增強鋁基復合材料的主要 工藝方法有擠壓法、噴射法、中間合金法、攪拌法等等。但這些方法在規(guī)模生產(chǎn)中成本較高， 很難使碳纖維均勻排布。目前高性能鋁合金復合材料的需求很大，例如應用于高速列車的鋁合金材料，耐 磨性較差，經(jīng)常出現(xiàn)在車輛高速運轉(zhuǎn)時疲勞開裂等方面問題，造成的損失是巨大的。高性能 鋁合金新材料的研究較多，但對新材料的服役行為尤其是高性能期服役行為沒有足夠的重 視。專利號為200910114345. 9的“碳纖維布復合摩擦材料及在制造汽車鋁合金同步器齒環(huán) 摩擦層上的應用”公開了一種碳纖維布復合摩擦材料及在制造汽車鋁合金同步器齒環(huán)摩擦 層上的應用，它是以碳纖維布作為增強材料，以耐高溫樹脂作粘接劑，并添加各種摩擦材料 制成碳纖維布復合摩擦材料。這種碳纖維布復合摩擦材料制作的摩擦層有優(yōu)異的耐溫性能 和耐磨性，很高的剪切強度，具有優(yōu)異的摩擦性能及抗腐蝕性能。這種復合材料可用于制作 摩擦材料，但強度不高，不能做結(jié)構件。專利號為00107379. 6的“石墨-鋁基復合材料及其 制備方法”公開了一種鋁基合金將球形顆粒小于100 ym的石墨粉置于處理爐中< 400°C 的溫度下預熱4小時；熱處理后的壓塊加入設置有攪拌設備的熔煉爐中與鋁基合金熔體相 熔融。但這種方法在攪拌時容易不均勻，影響材料的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種均勻性好，性能穩(wěn)定的鋁基碳纖維復合材料及制備方法，克服 現(xiàn)有鋁合金強度低、耐疲勞性能差、導熱、導電性不佳等缺點。為解決以上技術問題和經(jīng)濟問題，本發(fā)明采取的技術方案一種鋁基碳纖維復合 材料及制備方法，首先采用精細選分、加工和檢驗的氟化石墨粉為原料，經(jīng)過造粒球化制 備球形顆粒石墨；然后用不銹鋼板作陰極，陽極為純鋁，在兩極間充入惰性氣體，并施加 電壓，球形顆粒石墨先采用含0. 23-0. 6%的硼葡萄糖酰胺浸泡后清洗烘干，再將球形顆粒 石墨置于陰極與陽極之間的盤上，在施加電壓的同時，震動該盤，使球形石墨懸浮在空中， 陽極上的純鋁隨即沉積于球形顆粒石墨上，提高球形顆粒石墨與鋁液之間的附著力。在鑄 造模具內(nèi)布置好網(wǎng)格狀的高性能碳纖維，布置的密度按材料的強度要求而定。將球形顆粒 石墨充填在鑄造模具內(nèi)，最后注入鋁液，在模具的上部加壓，壓力可根據(jù)情況而定，使鋁液 填充于球形顆粒之間，冷卻后即得到產(chǎn)品。
所述球形顆粒石墨采用l_5mm的直徑。本發(fā)明的特點是球形石墨顆粒之間的間隙比較大，鋁液容易浸滲均勻，不必采用 高壓，也不必太多考慮鋁液和球形顆粒之間的潤濕性和反應性及比重差，工藝穩(wěn)定性好。在 復合過程中沒有球形顆粒漂浮或聚沉。球形顆粒能取得滿意的分散效果，材料的球形顆粒 分布比較均勻、表面改性后的球形顆粒與鋁合金界面結(jié)合良好。采用本發(fā)明生產(chǎn)的復合材料未見商品或工業(yè)化生產(chǎn)鑄件的報道。但進過發(fā)明人試 驗，這種方法可以大批量生產(chǎn)各種增強球形顆粒含量的鋁基復合坯料，也可以直接批量生 產(chǎn)各種形狀和規(guī)格的整體鑄件。適合制造高含量增強球形顆粒的表面耐磨層和某些增強球 形顆粒度大而含量高的摩擦件，或者散熱器產(chǎn)品。本發(fā)明制備簡單、可靠、經(jīng)濟，產(chǎn)品強度 高，比剛度大，質(zhì)輕耐磨，原材料消耗低，生產(chǎn)效率高。采用本發(fā)明的材料制作的汽車零件等產(chǎn)品，使鋁合金的耐磨性得到改善，能夠克 服零件運轉(zhuǎn)過程中的卡塞現(xiàn)象，特別適合于制作軸承、套筒、活塞等。本發(fā)明的材料可用于制作散熱器，因為采用高性能導熱碳纖維、高導熱球形顆粒 石墨制作的鋁基碳纖維-石墨復合材料，導熱系數(shù)是鋁合金的2-4倍，該復合材料還可用來 導電，也可用于制造屏蔽電磁干擾的防護裝置。氟化石墨粉在微觀結(jié)構上雖然仍然是層狀 結(jié)構，但各層之間的范德華力較小，因此導熱的方向均勻性好，這就保證了本發(fā)明產(chǎn)品的導 熱性。目前盡管碳纖維已用于制備復合材料，但球形顆粒狀的石墨在該領域還未被廣泛應 用。本發(fā)明可用于航空、列車、汽車、摩托車等領域，對于鋁合金材料的產(chǎn)品升級，具有重要意義
具體實施例方式實施例1本發(fā)明的一種鋁基碳纖維復合材料及制備方法，首先采用精細選分、加工和檢驗 的氟化石墨粉為原料，經(jīng)過造粒球化制備球形顆粒石墨；然后用不銹鋼板作陰極，陽極為 純鋁，在兩極間充入惰性氣體，并施加電壓，球形顆粒石墨先采用含0. 23-0. 6%的硼葡萄糖 酰胺浸泡后清洗烘干，再將球形顆粒石墨置于陰極與陽極之間的盤上，在施加電壓的同時， 震動該盤，使球形石墨懸浮在空中，陽極上的純鋁隨即沉積于球形顆粒石墨上，提高球形顆 粒石墨與鋁液之間的附著力。在鑄造模具內(nèi)布置好網(wǎng)格狀的高性能碳纖維，布置的密度按 材料的強度要求而定。將球形顆粒石墨充填在鑄造模具內(nèi)，最后注入鋁液，在模具的上部加 壓，壓力可根據(jù)情況而定，使鋁液填充于球形顆粒之間，冷卻后即得到產(chǎn)品。所述球形顆粒 石墨采用l_5mm的直徑。
權利要求
一種鋁基碳纖維復合材料及制備方法，其特征在于首先采用精細選分、加工和檢驗的氟化石墨粉為原料，經(jīng)過造粒球化制備球形顆粒石墨；然后用不銹鋼板作陰極，陽極為純鋁，在兩極間充入惰性氣體，并施加電壓，球形顆粒石墨先采用含0.23 0.6％的硼葡萄糖酰胺浸泡后清洗烘干，再將球形顆粒石墨置于陰極與陽極之間的盤上，在施加電壓的同時，震動該盤，在鑄造模具內(nèi)布置好網(wǎng)格狀的高性能碳纖維，布置的密度按材料的強度要求而定；將球形顆粒石墨充填在鑄造模具內(nèi)，最后注入鋁液，在模具的上部加壓，使鋁液填充于球形顆粒之間，冷卻后即得到產(chǎn)品。
2.根據(jù)權力要求1所述一種鋁基碳纖維復合材料及制備方法，其特征在于所述球形 顆粒石墨采用l_5mm的直徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁基復合材料，特別涉及一種鋁基碳纖維石墨復合材料及制備方法，首先采用精細選分、加工和檢驗的氟化石墨粉為原料，經(jīng)過造粒球化制備球形顆粒石墨；然后用不銹鋼板作陰極，陽極為純鋁，在兩極間充入惰性氣體，并施加電壓，球形顆粒石墨先采用含0.23-0.6％的硼葡萄糖酰胺浸泡后清洗烘干，再將球形顆粒石墨置于陰極與陽極之間的盤上，在施加電壓的同時，震動該盤，在鑄造模具內(nèi)布置好網(wǎng)格狀的高性能碳纖維，布置的密度按材料的強度要求而定；將直徑1-5mm球形顆粒石墨充填在鑄造模具內(nèi)，最后注入鋁液，在模具的上部加壓，使鋁液填充于球形顆粒之間，冷卻后即得到產(chǎn)品，本發(fā)明制備簡單、產(chǎn)品強度高，質(zhì)輕耐磨，原材料消耗低，生產(chǎn)效率高。
文檔編號C22C49/06GK101994071SQ20101029577
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權日2010年9月28日
發(fā)明者蔡樂勤 申請人:蔡樂勤