CN101994071A - 一种铝基碳纤维石墨复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝基复合材料，特别涉及一种铝基碳纤维石墨复合材料及制备方法，首先：采用精细选分、加工和检验的氟化石墨粉为原料，经过造粒球化制备球形颗粒石墨；然后：用不锈钢板作阴极，阳极为纯铝，在两极间充入惰性气体，并施加电压，球形颗粒石墨先采用含0.23-0.6％的硼葡萄糖酰胺浸泡后清洗烘干，再将球形颗粒石墨置于阴极与阳极之间的盘上，在施加电压的同时，震动该盘，在铸造模具内布置好网格状的高性能碳纤维，布置的密度按材料的强度要求而定；将直径1-5mm球形颗粒石墨充填在铸造模具内，最后注入铝液，在模具的上部加压，使铝液填充于球形颗粒之间，冷却后即得到产品，本发明制备简单、产品强度高，质轻耐磨，原材料消耗低，生产效率高。

Description

一种铝基碳纤维石墨复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝基复合材料，特别涉及一种铝基碳纤维石墨复合材料及制备方法。
背景技术
铝合金的缺点是硬度较低、耐磨性差，铝基复合材料因密度小、耐腐蚀等优点而成为近年快速发展的新材料。铝基复合材料包括非金属球形颗粒、晶须、短纤维等非连续增强型等，尤其是球形颗粒增强的铝基复合材料其性能可与钛台金媲美，而价格不到钛合金的十分之一，因而被誉为有突破性进展的材料。目前制取球形颗粒增强铝基复合材料的主要工艺方法有挤压法、喷射法、中间合金法、搅拌法等等。但这些方法在规模生产中成本较高，很难使碳纤维均匀排布。
目前高性能铝合金复合材料的需求很大，例如应用于高速列车的铝合金材料，耐磨性较差，经常出现在车辆高速运转时疲劳开裂等方面问题，造成的损失是巨大的。高性能铝合金新材料的研究较多，但对新材料的服役行为尤其是高性能期服役行为没有足够的重视。专利号为200910114345.9的“碳纤维布复合摩擦材料及在制造汽车铝合金同步器齿环摩擦层上的应用”公开了一种碳纤维布复合摩擦材料及在制造汽车铝合金同步器齿环摩擦层上的应用，它是以碳纤维布作为增强材料，以耐高温树脂作粘接剂，并添加各种摩擦材料制成碳纤维布复合摩擦材料。这种碳纤维布复合摩擦材料制作的摩擦层有优异的耐温性能和耐磨性，很高的剪切强度，具有优异的摩擦性能及抗腐蚀性能。这种复合材料可用于制作摩擦材料，但强度不高，不能做结构件。专利号为00107379.6的“石墨-铝基复合材料及其制备方法”公开了一种铝基合金：将球形颗粒小于100μm的石墨粉置于处理炉中＜400℃的温度下预热4小时；热处理后的压块加入设置有搅拌设备的熔炼炉中与铝基合金熔体相熔融。但这种方法在搅拌时容易不均匀，影响材料的整体性能。
发明内容
本发明提供了一种均匀性好，性能稳定的铝基碳纤维复合材料及制备方法，克服现有铝合金强度低、耐疲劳性能差、导热、导电性不佳等缺点。
为解决以上技术问题和经济问题，本发明采取的技术方案：一种铝基碳纤维复合材料及制备方法，首先：采用精细选分、加工和检验的氟化石墨粉为原料，经过造粒球化制备球形颗粒石墨；然后：用不锈钢板作阴极，阳极为纯铝，在两极间充入惰性气体，并施加电压，球形颗粒石墨先采用含0.23-0.6％的硼葡萄糖酰胺浸泡后清洗烘干，再将球形颗粒石墨置于阴极与阳极之间的盘上，在施加电压的同时，震动该盘，使球形石墨悬浮在空中，阳极上的纯铝随即沉积于球形颗粒石墨上，提高球形颗粒石墨与铝液之间的附着力。在铸造模具内布置好网格状的高性能碳纤维，布置的密度按材料的强度要求而定。将球形颗粒石墨充填在铸造模具内，最后注入铝液，在模具的上部加压，压力可根据情况而定，使铝液填充于球形颗粒之间，冷却后即得到产品。
所述球形颗粒石墨采用1-5mm的直径。
本发明的特点是球形石墨颗粒之间的间隙比较大，铝液容易浸渗均匀，不必采用高压，也不必太多考虑铝液和球形颗粒之间的润湿性和反应性及比重差，工艺稳定性好。在复合过程中没有球形颗粒漂浮或聚沉。球形颗粒能取得满意的分散效果，材料的球形颗粒分布比较均匀、表面改性后的球形颗粒与铝合金界面结合良好。
采用本发明生产的复合材料未见商品或工业化生产铸件的报道。但进过发明人试验，这种方法可以大批量生产各种增强球形颗粒含量的铝基复合坯料，也可以直接批量生产各种形状和规格的整体铸件。适合制造高含量增强球形颗粒的表面耐磨层和某些增强球形颗粒度大而含量高的摩擦件，或者散热器产品。本发明制备简单、可靠、经济，产品强度高，比刚度大，质轻耐磨，原材料消耗低，生产效率高。
采用本发明的材料制作的汽车零件等产品，使铝合金的耐磨性得到改善，能够克服零件运转过程中的卡塞现象，特别适合于制作轴承、套筒、活塞等。
本发明的材料可用于制作散热器，因为采用高性能导热碳纤维、高导热球形颗粒石墨制作的铝基碳纤维-石墨复合材料，导热系数是铝合金的2-4倍，该复合材料还可用来导电，也可用于制造屏蔽电磁干扰的防护装置。氟化石墨粉在微观结构上虽然仍然是层状结构，但各层之间的范德华力较小，因此导热的方向均匀性好，这就保证了本发明产品的导热性。目前尽管碳纤维已用于制备复合材料，但球形颗粒状的石墨在该领域还未被广泛应用。本发明可用于航空、列车、汽车、摩托车等领域，对于铝合金材料的产品升级，具有重要意义。
具体实施方式
实施例1
本发明的一种铝基碳纤维复合材料及制备方法，首先：采用精细选分、加工和检验的氟化石墨粉为原料，经过造粒球化制备球形颗粒石墨；然后：用不锈钢板作阴极，阳极为纯铝，在两极间充入惰性气体，并施加电压，球形颗粒石墨先采用含0.23-0.6％的硼葡萄糖酰胺浸泡后清洗烘干，再将球形颗粒石墨置于阴极与阳极之间的盘上，在施加电压的同时，震动该盘，使球形石墨悬浮在空中，阳极上的纯铝随即沉积于球形颗粒石墨上，提高球形颗粒石墨与铝液之间的附着力。在铸造模具内布置好网格状的高性能碳纤维，布置的密度按材料的强度要求而定。将球形颗粒石墨充填在铸造模具内，最后注入铝液，在模具的上部加压，压力可根据情况而定，使铝液填充于球形颗粒之间，冷却后即得到产品。所述球形颗粒石墨采用1-5mm的直径。

Claims (2)

1.一种铝基碳纤维复合材料及制备方法，其特征在于：首先：采用精细选分、加工和检验的氟化石墨粉为原料，经过造粒球化制备球形颗粒石墨；然后：用不锈钢板作阴极，阳极为纯铝，在两极间充入惰性气体，并施加电压，球形颗粒石墨先采用含0.23-0.6％的硼葡萄糖酰胺浸泡后清洗烘干，再将球形颗粒石墨置于阴极与阳极之间的盘上，在施加电压的同时，震动该盘，在铸造模具内布置好网格状的高性能碳纤维，布置的密度按材料的强度要求而定；将球形颗粒石墨充填在铸造模具内，最后注入铝液，在模具的上部加压，使铝液填充于球形颗粒之间，冷却后即得到产品。
2.根据权力要求1所述一种铝基碳纤维复合材料及制备方法，其特征在于：所述球形颗粒石墨采用1-5mm的直径。
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