[發明專利]一種雙金屬包長碳纖維復合材料壓力充芯連鑄設備與工藝

有效

• 申請號: 201210100221.7
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102581236A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 吳春京;劉增輝;孟效軻;崔新鵬;霍亮
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22D11/00
• 分類號: B22D11/00;B22D19/14;B22D19/16
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種雙金屬包長碳纖維層狀復合材料壓力充芯連鑄成型設備，其特征在于連鑄成型設備由內層金屬塞棒和碳纖維導向管（2）、內層金屬測溫儀（3）、內層金屬加壓蓋（4）、外層金屬測溫儀（6）、充芯管（8）、外層金屬管測溫儀（11）、復合界面加壓出口測溫儀（12）、隔熱隔水板（13）、二次冷卻裝置（14）、牽引輥（15）、精整輥（16）、內層金屬液加壓管（18）、內層金屬控溫爐（19）、內層金屬加熱元件（20）、外層金屬液加壓管（21）、外層金屬加壓蓋（22）、外層金屬液控溫爐（23）、外層金屬加熱元件（24）、外層金屬液控溫結晶器（25）、結晶器控溫元件（26）、復合界面加壓裝置（27）、界面控溫元件（28）組成；內層金屬塞棒和內層金屬導向管（2）、充芯管（8）、外層金屬液控溫結晶器（25）和復合界面加壓裝置（27）沿引錠方向裝配于同一軸線上；內層金屬塞棒和碳纖維導向管（2）下端緊密與充芯管（8）上端相連，內層金屬控溫爐（19）下端緊密與充芯管（8）上端相連接；充芯管（8）下端伸入外層金屬液中，由充芯管（8）隔離內層金屬液與外層金屬液；內層金屬塞棒和碳纖維導向管（2）在連鑄前阻止內層金屬液和充芯管之間的連通，連鑄過程中對碳纖維起導向作用；外層金屬控溫爐（23）下端緊密與外層金屬控溫結晶器（25）上端連接；內層金屬控溫爐（19）、外層金屬控溫爐（23）通過內層金屬加熱元件（20）、外層金屬加熱元件（24）保溫和加熱，通過內層金屬測溫儀（3）和外層金屬測溫儀（6）測溫；外層金屬控溫結晶器（25）下端與復合界面加壓裝置（27）上端緊密相連；外層金屬管測溫儀（11）設置在復合界面加壓裝置（27）與外層金屬控溫結晶器（25）之間；復合界面加壓出口測溫儀（12）設置在復合界面加壓裝置（27）與隔熱隔水板之間（13）；二次冷卻裝置（14）設置在隔熱隔水板（13）和牽引輥（15）之間，精整輥（16）設置在牽引輥（15）下端。

2.如權利要求1所述的一種雙金屬包長碳纖維層狀復合材料壓力充芯連鑄成型設備的連鑄工藝，其特征在于外層金屬在外層金屬控溫爐（23）中熔化和保溫，并注入由外層金屬控溫結晶器（25）和充芯管（8）外壁構成的內結晶器中凝固成外層金屬管，內層金屬在內層金屬控溫爐（19）中熔化和保溫，通過充芯管（8）內孔填充到已凝固的外層金屬管內孔和其中有一束長碳纖維之中，在復合界面加壓裝置（27）中內層金屬與外層金屬管內壁、內層金屬和碳纖維熔合和凝固成復合材料；連鑄外層金屬管的凝固溫度由外層金屬控溫結晶器控制，外層金屬管內壁和內層金屬、內層金屬和碳纖維的加壓復合溫度由界面控溫元件（28）控制；充芯連鑄的速度由牽引輥（15）控制，由牽引輥（15）的拉力使復合界面加壓裝置（27）中的外層金屬管減徑，其產生的壓力作用在外層金屬管、內層金屬和碳纖維的復合界面上，內層金屬在復合界面上是在壓應力作用下凝固的，有利于提高其復合質量；通過外層金屬液加壓管（21）通入大于0.05MPa的氮氣，可使外層上的外層金屬管被拉下退讓時，外層金屬管鑄坯從外層金屬控溫結晶器（25）中被頂出，而不是被拉出。

3.如權利要求2所述的一種雙金屬包長碳纖維復合材料壓力充芯連鑄工藝，其工藝特征還在于：通過內層金屬液加壓管（18）通入惰性氣體的壓力為0.05MPa~1MPa，通過外層金屬液加壓管通入惰性氣體的壓力為0.05~1MPa，牽引輥（15）輥面的線速度為V=0~4m/min，外層金屬控溫結晶器（25）的冷卻強度為結晶器內的冷卻液流速，該冷卻液流速為5~12m/s；二次冷卻裝置采用風冷或水冷裝置，風冷的風速為0~5m/s；水冷的噴水速度為0~5m/s，為需要提高長碳纖維和內層金屬的結合強度，要預先在長碳纖維的表面鍍銅。