CN114406245A - 渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属基复合材料技术领域，涉及一种渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备与方法，包括反应炉、真空抽气系统、保护气体加压系统、电源控制系统和碳纤维复合材料预制件；碳纤维复合材料预制件依次由竖向设置的连通管段、熔炼管段、连接管段和渗流管段相互连接组成，真空抽气系统和保护气体加压系统均与所述连通管段相连通。本发明具有易使纤维发生分散，易于控制反应时间，易于控制纤维与基体反应的特点，同时设备简单，造价低廉，易于企业自己制造生产。
Description
技术领域
本发明属于金属基复合材料技术领域，涉及一种渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备与方法。
背景技术
碳纤维由于具有低密度、高强度、热物性好等优异的性能，在航空航天，汽车制造，体育休闲等领域都得到了一定的应用。然而无论作为结构型复合材料还是功能型复合材料的增强体，碳纤维在基体中的分散问题都严重影响着复合材料的性能，并限制着该复合材料的应用。
目前液态轧制、真空浸渗和粉末冶金等制备碳纤维复合材料的方法都存在很大的局限性，容易在制备过程中对复合材料力学性能造成严重损伤。真空浸渗法中存在很多的问题，高温下铝和铁反应，铝和碳纤维反应还有碳纤维在管中分布不均匀，漂浮的问题。这些都会严重的影响复合材料的力学性能。
发明内容
发明目的
本发明是为了解决现有制备碳纤维复合材料的不足，提供一种渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备与方法，简单、高效的实现碳纤维均与分布，阻止铝与碳纤维和铁的反应。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，包括反应炉、真空抽气系统、保护气体加压系统、电源控制系统和碳纤维复合材料预制件；
所述碳纤维复合材料预制件为内部具有腔体的钢质管件，所述碳纤维复合材料预制件的顶端贯穿反应炉的顶板延伸至反应炉外，碳纤维复合材料预制件下部设置在反应炉内，所述碳纤维复合材料预制件依次由竖向设置的连通管段、熔炼管段、连接管段和渗流管段相互连接而成；
所述真空抽气系统和保护气体加压系统均与所述连通管段相连通；所述反应炉与电源控制系统电性连接。
作为上述方案的进一步描述，还包括主气连通管路，所述主气连通管路的一端与连通管段连通，主气连通管路另一端分别与真空抽气系统和保护气体加压系统相连通。
作为上述方案的进一步描述，还包括升降机构，所述升降机构包括升降架、导向杆、螺纹杆和驱使螺纹杆转动的驱动电机，所述驱动电机和导向杆均固定在反应炉的顶部，所述驱动电机与电源控制系统电性连接；
所述升降架位于驱动电机的上方，且在升降架上设置有与导向杆滑动连接的竖向轴承和与螺纹杆配合的第一螺纹孔，在所述升降架上还开设第二螺纹孔；
所述连通管段顶端开设有通气口，在连通管段顶端还设置有第一连接头，其中第一连接头为环形结构，且第一连接头与第二螺纹孔的下部螺纹连接；
所述连接主管路一端设置有第二连接头，所述第二连接头为环形结构，所述第二连接头与第二螺纹孔的上部螺纹连接，在所述第一连接头与第二连接头之间还设置有石墨密封垫圈；所述连接主管路为柔性管路，且设置有预伸长量。
作为上述方案的进一步描述，所述保护气体加压系统包括气筒、保护气瓶和加气管路；所述气筒上设置有气筒流量计和气筒压力计；所述保护气瓶上设置有气瓶流量计、气瓶阀和气瓶压力计；所述保护气瓶通过加气管路与气筒相连通；所述气筒通过第一通气球形阀门与连通主管路相连通。
作为上述方案的进一步描述，所述真空抽气系统包括真空抽气阀门、第二通气球形阀门、抽气机、真空压力计和真空抽气管路；所述真空抽气管路上设有真空抽气阀门第二通气球形阀门和真空压力计，其中真空抽气管路一端与抽气机相连通，真空抽气管路的另一端通过与连通主管路相连通。
作为上述方案的进一步描述，所述反应炉包括上隔热板、下隔热板和炉体；所述炉体的顶部具有碳纤维复合材料预制件升降升通口，炉体的下部开设有隔热板容纳腔；所述下隔热板与隔热板容纳腔滑动连接,且所述下隔热板将炉体分隔成上部的加热室和下部的水冷降温室；所述加热室内设置有加热腔体，所述加热腔体由外至内依次设置有保温棉和加热丝；所述上隔热板设置在炉体的顶部，且上隔热板开有与碳纤维复合材料预制件截面尺寸相匹配的通孔。
作为上述方案的进一步描述，所述熔炼管段为U形管，所述熔炼管段的一端与连通管段的底端连接，熔炼管段的另一端与连接管段相连通；所述连接管段为水平设置，且连接管段的另一端与渗流管段相连通，所述渗流管段与连通管段互相平行设置；其中所述熔炼管段、连接管段和渗流管段的内侧设置有石英管，所述石英管与熔炼管段、连接管段和渗流管段通过高温陶瓷胶连接，其中高温陶瓷胶的厚度为0.2mm～3mm，石英管的厚度为1mm～5mm；所述渗流管段内设置有碳纤维，其中碳纤维长度为3mm～8mm，碳纤维直径为6μm～8μm；渗流管段的顶部设置有玻璃纤维网,其中玻璃纤维网的网孔为1mm～6mm，玻璃纤维网的厚度为1mm-5mm。
一种使用渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备制备碳纤维铝基复合材料的方法，包括以下步骤：
步骤一：在碳纤维复合材料预制件的熔炼管段放入固态铝，渗流管段内加入碳纤维；
步骤二：将碳纤维复合材料预制件置于加热室内；
步骤三：打开第二通气球形阀门和真空抽气阀门，启动抽气机，将碳纤维复合材料预制件抽真空；
步骤四：通过电源控制系统控制加热室进行加热，将固态铝完全熔化；
步骤五：开启保护气体加压系统，向碳纤维复合材料预制件内通入保护气体；通过保护气体的气压将熔化的铝液从熔炼管段经玻璃纤维网压入渗流管段中，使得铝液顶入碳纤维间隙中；
步骤六：高温下保温5分钟到5小时，抽出下隔热板，通过升降机构，将渗流管段下降到水冷降温室进行水淬。
作为上述方案的进一步描述，所述步骤一中的固态铝为铝粒；所述步骤四的加热室温度为500℃～1200℃；所述步骤三中抽真空，真空度为10Pa～130Pa。
作为上述方案的进一步描述，所述步骤五的保护气体为氩气，其中氩气的通气气压为0.15Mpa-3Mpa。
优点及效果
1.本发明通过一种渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备的设计，将碳纤维复合材料预制件分成连通管段、熔炼管段、渗流管段，将固态铝熔炼、冲压、碳纤维成型等反应，都在碳纤维复合材料预制件内完成，设备的维护和更换都特别方便，同时结构简单，造价低廉，易于企业自己制造生产。
2.本发明在碳纤维复合材料预制件内进行抽真空及加压，最终完成整个成型过程，可避免在制造过程中的氧化燃烧；同时在碳纤维复合材料预制件内进行加压和抽真空，也降低了对抽真空和加压的设备功率要求，降低了设备整体的成本。
3.本发明在渗流管段的顶部设置有玻璃纤维网，这种结构能够使熔化的铝液压入渗流管段时，均匀冲压碳纤维并在基体中的均匀分散，同时，也能避免碳纤维在冲压过程中，发生漂浮的问题，有利于碳纤维并在基体中的均匀分散，进而提供复合材料的性能。
4.本发明在冲压后，可以通过升降机构，将碳纤维复合材料预制件下降到水冷降温室进行水淬，有利于碳纤维在基体中的均匀分散，使复合材料性能提升。
5.本发明的熔炼管段和渗流管段的内壁上用高温陶瓷胶粘上石英管，这种结构可以避免高温下铝和铁的反应，避免了对复合材料性能的影响，进而提高了复合材料性能。
附图说明
图1为本发明实施例的渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备结构示意图；
图2为本发明实施例的碳纤维复合材料预制件结构示意图；
图3为图1的A-A剖视图；
图4为图1的B-B剖视图；
图5为图1的C-C剖视图。
附图标记说明：
1-电源控制系统；2-保护气体加压系统；201-保护气瓶；202-气筒；203-气筒流量计；204-气筒压力计；205-气瓶压力计；206-气瓶流量计；207-气瓶阀；208-加气管路；209-第一通气球形阀门；3-真空抽气系统；301-第二通气球形阀门；302-真空抽气阀门；303-真空抽气管路；304-抽气机；4-连接主管路；5-升降机构；501-螺纹杆；502-驱动电机；503-升降架、504-导向杆；6-第一连接头；7-反应炉；701-上隔热板；702-炉体；703-保温棉；704-加热丝；705-下隔热板；706-水；8-碳纤维复合材料预制件；801-连通管段；802-熔炼管段；803-渗流管段；804-连接管段；9-第二连接头；10-铝液；11-碳纤维；12-玻璃纤维网；13-石英管；14-高温陶瓷胶；15-外部电源；16-水。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
如图1～5所示，本发明提供以下一种技术方案：
一种渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，包括反应炉7、真空抽气系统3、保护气体加压系统2、电源控制系统1和碳纤维复合材料预制件8；碳纤维复合材料预制件8为内具腔体的钢质管件，其中钢质管件的顶端贯穿反应炉7的顶板延伸至反应炉7外，钢质管件下部设置在反应炉7内，钢质管件依次由竖向设置的连通管段801、熔炼管段802、连接管段804和渗流管段803相互连接组成，其中熔炼管段802为U形管，用于熔炼固态铝；渗流管段803用于碳纤维复合材料的成型铸造；连接管段804用于连接熔炼管段802和渗流管段803；真空抽气系统3和保护气体加压系统2均与连通管段801相连通；反应炉7与电源控制系统1电性连接。这种结构设计，将碳纤维复合材料预制件8分成连通管段801、熔炼管段802、连接管段804和渗流管段803，将固态铝熔炼、冲压、碳纤维成型等反应，都在碳纤维复合材料预制件8内完成，设备的维护和更换都特别方便，同时结构简单，造价低廉，易于企业自己制造生产；另外在碳纤维复合材料预制件8内进行抽真空及加压，最终完成整个成型过程，可避免在制造过程中的氧化燃烧，同时在碳纤维复合材料预制件内进行加压和抽真空，也降低了对抽真空和加压的设备功率要求，降低了设备整体的成本。
上述实施例的设备还包括主气连通管路4，主气连通管路4的一端与连通管段801连通，主气连通管路4另一端分别与真空抽气系统3和保护气体加压系统2相连通。
具体的，保护气体加压系统2包括气筒202、保护气瓶201和加气管路205；气筒202上设置有气筒流量计203和气筒压力计204；保护气瓶201上设置有气瓶流量计206、气瓶阀207和气瓶压力计205；保护气瓶201通过加气管路208与气筒2相连通；气筒2与连通主管路4相连通，在气筒2与连通主管路4之间还设置有第一通气球形阀门209；真空抽气系统3包括真空抽气阀门302、抽气机304、真空压力计和真空抽气管路303；真空抽气管路303上设有真空抽气阀门302和真空压力计，且真空抽气管路303一端与抽气机21相连通，另一端与连通主管路4相连通；在真空抽气管路303靠近连通主管路4的一端，还设置有第二通气球形阀门301。这种设计能够更精确的控制抽真空的真空度及保护气体的压力，更便于作业人员的操作和控制。
上述实施例的设备还包括升降机构5,其中升降机构5包括升降架503、导向杆504、螺纹杆501和驱使螺纹杆501转动的驱动电机502，驱动电机502和导向杆504均固定在反应炉7的顶部，其中导向杆504为两根，分别设置在升降架503的左、右两侧，驱动电机502与电源控制系统1电性连接；升降架503位于驱动电机502的上方，且在升降架503上设置有与导向杆504滑动连接的竖向轴承和与螺纹杆501配合的第一螺纹孔，在升降架504上还开设第二螺纹孔，其中连通管段801顶端开设有通气口，在连通管段801顶部还设置有第一连接头6，其中第一连接头6沿轴向开设有与连通管段801相连通的通孔，且第一连接头6与第二螺纹孔的下部螺纹连接；具体的，第一连接头6的内侧设有内螺纹，外侧设有外螺纹，第一连接头6通过内螺纹与连通管段801的上部螺纹连接，第一连接头6通过外螺纹与第二螺纹的下部孔螺纹连接。连接主管路4一端设置有第二连接头9，第二连接头9沿轴向开设有与连接主管路4相连通的通孔，第二连接头9与第二螺纹孔的上部螺纹连接，具体的，连接主管路4为柔性管路，且设置有预伸长量，其中预伸长量要大于升降机构5升降行程的5CM～20CM，同时，连通管段801伸出炉体702的外露长度也要大于升降机构5升降行程的5CM～20CM。这种设计通过第一连接头6和第二连接头9将连通管段801与连通主管路4相连通，安装和拆卸都很方便、容易降低了安装和维护时作业人员的工作量和操作难度；另外，本发明在冲压后，可以通过升降机构5，将碳纤维复合材料预制件8下降到水冷降温室进行水淬，有利于碳纤维11在基体中的均匀分散，进而使复合材料性能提升。
上述实施例的反应炉7包括上隔热板701、下隔热板705和炉体702；炉体702的顶部具有碳纤维复合材料预制件升降通口，炉体702的下部开设有隔热板容纳腔；下隔热板705与隔热板容纳腔滑动连接,且下隔热板705将炉体702分隔成上部的加热室和下部的水冷降温室，为了便于操作下隔热板705外侧还设置有拉手；加热室内设置有加热腔体，加热腔体由外至内依次设置有保温棉703和加热丝704；上隔热板701设置在炉体702的顶部，且上隔热板701开有与碳纤维复合材料预制件8截面尺寸相匹配的通孔。
本发明实施例的熔炼管段802为U形管，且熔炼管段802的一端与连通管段801的底端连接，熔炼管段802的另一端与连接管段804相连通；连接管段804为水平设置，且连接管段804的另一端与渗流管段803相连通，渗流管段803与连通管段801互相平行设置；其中熔炼管段802、连接管段804和渗流管段803的内侧设置有石英管13，其中石英管13与熔炼管段802、连接管段804和渗流管段803通过高温陶瓷胶14连接，其中高温陶瓷胶14的厚度为0.2mm～3mm，石英管13的厚度为1mm～5mm；其中渗流管段803内设置有碳纤维11，其中碳纤维11长度为3mm～8mm，碳纤维11直径为6μm～8μm；在渗流管段803的顶部设置有玻璃纤维网12,其中玻璃纤维网12的网孔为1mm～6mm，玻璃纤维网12的厚度为1mm-5mm。本发明的熔炼管段802、连接管段804和渗流管段803的内侧设置有石英管13，这种结构可以避免高温下铝和铁的反应，避免了对复合材料性能的影响，进而提高了复合材料性能；另外，本发明在渗流管段803的顶部设置有玻璃纤维网12，这种结构能够使熔化的铝液10压入渗流管段803时，均匀冲压碳纤维11并在基体中的均匀分散；同时，也能避免碳纤维11在冲压过程中，发生漂浮的问题，有利于碳纤维11并在基体中的均匀分散，进而提供复合材料的性能。
下面结合图1-图5对上述实施例的一种使用渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备制备碳纤维铝基复合材料的方法进行详描述，包括以下步骤：步骤一：在碳纤维复合材料预制件8的熔炼管段802放入固态铝，渗流管段803内加入碳纤维11；
步骤二：将碳纤维复合材料预制件8置于加热室内；
步骤三：打开第二通气球形阀门301和真空抽气阀门302，启动抽气机304，将碳纤维复合材料预制件8抽真空；
步骤四：通过电源控制系统1控制加热室进行加热，将固态铝完全熔化；
步骤五：开启保护气体加压系统2，向碳纤维复合材料预制件8内通入保护气体；通过保护气体的气压将熔化的铝液10从熔炼管段802经玻璃纤维网12压入渗流管段803中，使得铝液10顶入碳纤维11间隙中；
步骤六：高温下保温5到5小时，抽出下隔热板705，通过升降机构5，将渗流管段803下降到水冷降温室进行水淬。
步骤四的加热室温度为500℃～1200℃；步骤三中抽真空的真空度为10pa～130pa步骤五的保护气体为氩气，其中氩气的通气气压为0.15Mpa～3Mpa。
实施例1
首先，抽气机304和电源控制系统1连接外部电源15，用第一连接头6和第二连接头9将连通管段801与连通主管路4相连通，进行密封，打开第二通气球形阀门301和真空抽气阀门302将碳纤维复合材料预制件8内抽成真空，真空气压为10pa；
然后对加热室进行加热，让炉内温度加热至500℃，通过升降机构5将熔炼管段802升入加热室进行加热5小时，让固态铝熔化完全融化；
通过打开气瓶阀207向气筒202中通入氩气，然后打开第一通气球形阀门209，与碳纤维复合材料预制件8相连通，其中氩气的气压为0.15Mpa，将熔化的铝液10从熔炼管段802经过连接管段804，最后压入渗流管段803中，使得铝液10顶入碳纤维11间隙中。
最后高温下停留5分钟后，抽出下隔热板705，通过升降机构5将渗流管段803将入炉体702下部的水16中进行水淬，使碳纤维11分布均匀。
实施例2
首先，抽气机304和电源控制系统1连接外部电源15，用第一连接头6和第二连接头9将连通管段801与连通主管路4相连通，进行密封，打开第二通气球形阀门301和真空抽气阀门302将碳纤维复合材料预制件8内抽成真空，真空气压为100pa；
然后对加热室进行加热，让炉内温度加热至800℃，通过升降机构5将熔炼管段802升入加热室进行加热55分钟，让铝熔化完全；
通过打开气瓶阀207向气筒202中通入氩气，然后打开第一通气球形阀门209，与碳纤维复合材料预制件8相连通，其中氩气的气压为2Mpa，将熔化的铝液10从熔炼管段802经过连接管段804，最后压入渗流管段803中，使得铝液10顶入碳纤维11间隙中。
最后高温下停留30分钟后，抽出下隔热板705，通过升降机构5将渗流管段803将入炉体702下部的水16中进行水淬，使碳纤维11分布均匀。
实施例3
首先抽气机304和电源控制系统1连接外部电源15，用第一连接头6和第二连接头9将连通管段801与连通主管路4相连通，进行密封，打开第二通气球形阀门301和真空抽气阀门302将碳纤维复合材料预制件8内抽成真空，真空气压为130pa；
然后对加热室进行加热，让炉内温度加热至1200℃，通过升降机构5将熔炼管段802升入加热室进行加热40分钟，让铝熔化完全；
通过打开气瓶阀207向气筒202中通入氩气，然后打开第一通气球形阀门209，与碳纤维复合材料预制件8相连通，其中氩气的气压为3Mpa，将熔化的铝液10从熔炼管段802经过连接管段804，最后压入渗流管段803中，使得铝液10顶入碳纤维11间隙中。
最后高温下停留160分钟后，抽出下隔热板705，通过升降机构5将渗流管段803将入炉体702下部的水16中进行水淬，使碳纤维11分布均匀。
与现有技术相比，本发明将抽真空、加压、成型等反应，都在碳纤维复合材料预制件8内完成，设备的维护和更换都特别方便，结构简单，造价低廉，易于企业自己制造生产；并且炼管段802、连接管段804和渗流管段803的内壁上用高温陶瓷胶14粘上石英管13，这种结构可以避免高温下铝和铁的反应，避免了对复合材料性能的影响，进而提高了复合材料性能；另外，本发明在渗流管段803的顶部设置有玻璃纤维网12，这种结构能够使熔化的铝液10压入渗流管段803时，均匀冲压碳纤维11并在基体中的均匀分散，同时，也能避免碳纤维11在冲压过程中，发生漂浮的问题，有利于碳纤维11并在基体中的均匀分散，进而提供复合材料的性能。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，其特征在于：包括反应炉(7)、真空抽气系统(3)、保护气体加压系统(2)、电源控制系统(1)和碳纤维复合材料预制件(8)；
所述碳纤维复合材料预制件(8)为内部具有腔体的钢质管件，所述碳纤维复合材料预制件(8)的顶端贯穿反应炉(7)的顶板延伸至反应炉(7)外，碳纤维复合材料预制件(8)下部设置在反应炉(7)内，所述碳纤维复合材料预制件(8)依次由竖向设置的连通管段(801)、熔炼管段(802)、连接管段(804)和渗流管段(803)相互连接而成；
所述真空抽气系统(3)和保护气体加压系统(2)均与所述连通管段(801)相连通；所述反应炉(7)与电源控制系统(1)电性连接。
2.根据权利要求1所述渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，其特征在于：还包括主气连通管路(4)，所述主气连通管路(4)的一端与连通管段(801)连通，主气连通管路(4)另一端分别与真空抽气系统(3)和保护气体加压系统(2)相连通。
3.根据权利要求2所述渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，其特征在于：还包括升降机构(5)，所述升降机构(5)包括升降架(503)、导向杆(504)、螺纹杆(501)和驱使螺纹杆(501)转动的驱动电机(502)，所述驱动电机(502)和导向杆(504)均固定在反应炉的顶部，所述驱动电机(502)与电源控制系统(1)电性连接；
所述升降架(503)位于驱动电机(502)的上方，且在升降架(503)上设置有与导向杆(504)滑动连接的竖向轴承和与螺纹杆(501)配合的第一螺纹孔，在所述升降架(504)上还开设第二螺纹孔；
所述连通管段(801)顶端开设有通气口，在连通管段(801)顶端还设置有第一连接头(6)，其中第一连接头(6)为环形结构，且第一连接头(6)与第二螺纹孔的下部螺纹连接；
所述连接主管路(4)一端设置有第二连接头(9)，所述第二连接头(9)为环形结构，所述第二连接头(9)与第二螺纹孔的上部螺纹连接，在所述第一连接头(6)与第二连接头(9)之间还设置有石墨密封垫圈；所述连接主管路(4)为柔性管路，且设置有预伸长量。
4.根据权利要求3所述渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，其特征在于：所述保护气体加压系统(2)包括气筒(202)、保护气瓶(201)和加气管路(205)；所述气筒(202)上设置有气筒流量计(203)和气筒压力计(204)；所述保护气瓶(201)上设置有气瓶流量计(206)、气瓶阀(207)和气瓶压力计(205)；所述保护气瓶(201)通过加气管路(208)与气筒(2)相连通；所述气筒(2)通过第一通气球形阀门(209)与连通主管路(4)相连通。
5.根据权利要求4所述渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，其特征在于：所述真空抽气系统(3)包括真空抽气阀门(302)、第二通气球形阀门(301)、抽气机(304)、真空压力计和真空抽气管路(303)；所述真空抽气管路(303)上设有真空抽气阀门(302)第二通气球形阀门(301)和真空压力计，其中真空抽气管路(303)一端与抽气机(304)相连通，真空抽气管路(303)的另一端通过与连通主管路(4)相连通。
6.根据权利要求5所述渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，其特征在于：所述反应炉(7)包括上隔热板(701)、下隔热板(705)和炉体(702)；所述炉体(702)的顶部具有碳纤维复合材料预制件升降通口，炉体(702)的下部开设有隔热板容纳腔；所述下隔热板(705)与隔热板容纳腔滑动连接,且所述下隔热板(705)将炉体(702)分隔成上部的加热室和下部的水冷降温室；所述加热室内设置有加热腔体，所述加热腔体由外至内依次设置有保温棉(703)和加热丝(704)；所述上隔热板(701)设置在炉体(702)的顶部，且上隔热板(701)开有与碳纤维复合材料预制件(8)截面尺寸相匹配的通孔。
7.根据权利要求6所述渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备，其特征在于：所述熔炼管段(802)为U形管，所述熔炼管段(802)的一端与连通管段(801)的底端连接，熔炼管段(802)的另一端与连接管段(804)相连通；所述连接管段(804)为水平设置，且连接管段(804)的另一端与渗流管段(803)相连通，所述渗流管段(803)与连通管段(801)互相平行设置；其中所述熔炼管段(802)、连接管段(804)和渗流管段(803)的内侧设置有石英管(13)，所述石英管(13)与熔炼管段(802)、连接管段(804)和渗流管段(803)通过高温陶瓷胶(14)连接，其中高温陶瓷胶(14)的厚度为0.2mm～3mm，石英管(13)的厚度为1mm～5mm；所述渗流管段(803)内部设置有碳纤维(11)，其中碳纤维(11)长度为3mm～8mm，碳纤维(11)直径为6μm～8μm；渗流管段(803)的顶部设置有玻璃纤维网(12),其中玻璃纤维网(12)的网孔为1mm～6mm，玻璃纤维网(12)的厚度为1mm-5mm。
8.一种使用如权利要求7所述的渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备制备碳纤维铝基复合材料的方法：包括以下步骤：
步骤一：在碳纤维复合材料预制件(8)的熔炼管段(802)放入固态铝，渗流管段(803)内加入碳纤维(11)；
步骤二：将碳纤维复合材料预制件(8)置于加热室内；
步骤三：打开第二通气球形阀门(301)和真空抽气阀门(302)，启动抽气机(304)，将碳纤维复合材料预制件(8)抽真空；
步骤四：通过电源控制系统(1)控制加热室进行加热，将固态铝完全熔化；
步骤五：开启保护气体加压系统(2)，向碳纤维复合材料预制件(8)内通入保护气体；通过保护气体的气压将熔化的铝液(10)从熔炼管段(802)经玻璃纤维网(12)压入渗流管段(803)中，使得铝液(10)顶入碳纤维(11)间隙中；
步骤六：高温下保温5分钟到5小时，抽出下隔热板(705)，通过升降机构(5)，将渗流管段(803)下降到水冷降温室进行水淬。
9.根据权利要求8所述的使用渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备制备碳纤维铝基复合材料的方法，其特征在于：所述步骤一中的固态铝为铝粒；所述步骤四的加热室温度为500℃～1200℃；所述步骤三中抽真空，真空度为10Pa～130Pa。
10.根据权利要求8所述的使用渗流铸造工艺制备碳纤维铝基复合材料的设备制备碳纤维铝基复合材料的方法，其特征在于：所述步骤五的保护气体为氩气，其中氩气的通气气压为0.15Mpa～3Mpa。
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Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU4125485A (en) * | 1984-10-18 | 1986-04-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Metal-oxide-fibre composite |
| GB9521876D0 (en) * | 1994-10-26 | 1996-01-03 | Honda Motor Co Ltd | Method and apparatus for forming an aluminium or aluminium alloy composite material |
| JPH08199259A (ja) * | 1994-11-22 | 1996-08-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 繊維強化複合金属材料の製造方法及びその装置 |
| CN1442502A (zh) * | 2003-03-28 | 2003-09-17 | 北京科技大学 | 一种制备大块非晶/纤维复合材料的方法及其设备 |
| GB0408044D0 (en) * | 2004-04-08 | 2004-05-12 | Composite Metal Technology Ltd | Liquid pressure forming |
| CN101219471A (zh) * | 2008-01-22 | 2008-07-16 | 西北工业大学 | 一体化镁基复合材料制备装置及方法 |
| CN101323919A (zh) * | 2008-07-25 | 2008-12-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种真空压力浸渗制备金属基复合材料的方法 |
| CN101838765A (zh) * | 2010-04-02 | 2010-09-22 | 北京天龙钨钼科技有限公司 | 一种用于制备钨铜复合材料的渗铜炉 |
| CN202453347U (zh) * | 2012-02-16 | 2012-09-26 | 西北工业大学 | 一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置 |
| CN103464728A (zh) * | 2013-08-28 | 2013-12-25 | 西北工业大学 | 镁基复合材料成形装置及利用该装置成形镁基复合材料的方法 |
| CN204982024U (zh) * | 2015-07-18 | 2016-01-20 | 西安科技大学 | 一种浸渗法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料的装置 |
| CN109822078A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-05-31 | 东莞理工学院 | 一种真空压力浸渗反压法制备SiC3D/Al复合材料的方法 |
| CN212533095U (zh) * | 2020-09-18 | 2021-02-12 | 成都本征新材料技术有限公司 | 一种热等静压熔渗装置 |
| CN112974775A (zh) * | 2021-01-23 | 2021-06-18 | 郑州大学 | 用于制备非晶合金管的模具、装置及方法 |
| CN113444988A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-09-28 | 沈阳工业大学 | 一种高导热双碳材料增强铝基复合材料的制备方法 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210086652.6A patent/CN114406245B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU4125485A (en) * | 1984-10-18 | 1986-04-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Metal-oxide-fibre composite |
| GB9521876D0 (en) * | 1994-10-26 | 1996-01-03 | Honda Motor Co Ltd | Method and apparatus for forming an aluminium or aluminium alloy composite material |
| JPH08199259A (ja) * | 1994-11-22 | 1996-08-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 繊維強化複合金属材料の製造方法及びその装置 |
| CN1442502A (zh) * | 2003-03-28 | 2003-09-17 | 北京科技大学 | 一种制备大块非晶/纤维复合材料的方法及其设备 |
| GB0408044D0 (en) * | 2004-04-08 | 2004-05-12 | Composite Metal Technology Ltd | Liquid pressure forming |
| CN101219471A (zh) * | 2008-01-22 | 2008-07-16 | 西北工业大学 | 一体化镁基复合材料制备装置及方法 |
| CN101323919A (zh) * | 2008-07-25 | 2008-12-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种真空压力浸渗制备金属基复合材料的方法 |
| CN101838765A (zh) * | 2010-04-02 | 2010-09-22 | 北京天龙钨钼科技有限公司 | 一种用于制备钨铜复合材料的渗铜炉 |
| CN202453347U (zh) * | 2012-02-16 | 2012-09-26 | 西北工业大学 | 一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置 |
| CN103464728A (zh) * | 2013-08-28 | 2013-12-25 | 西北工业大学 | 镁基复合材料成形装置及利用该装置成形镁基复合材料的方法 |
| CN204982024U (zh) * | 2015-07-18 | 2016-01-20 | 西安科技大学 | 一种浸渗法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料的装置 |
| CN109822078A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-05-31 | 东莞理工学院 | 一种真空压力浸渗反压法制备SiC3D/Al复合材料的方法 |
| CN212533095U (zh) * | 2020-09-18 | 2021-02-12 | 成都本征新材料技术有限公司 | 一种热等静压熔渗装置 |
| CN112974775A (zh) * | 2021-01-23 | 2021-06-18 | 郑州大学 | 用于制备非晶合金管的模具、装置及方法 |
| CN113444988A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-09-28 | 沈阳工业大学 | 一种高导热双碳材料增强铝基复合材料的制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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