[發明專利]一種連續碳纖維增強鎳基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810759019.2
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN108796400B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 石永亮;劉燕霞;楊曉彩;李爽;趙曉萍;時彥林;戚翠芬;陳濤;張欣杰;付菁媛;劉丹
• 申請（專利權）人: 河北工業職業技術學院
• 主分類號: C22C49/08
• 分類號: C22C49/08;C22C49/14;C22C47/14;C22C47/06;C22C101/10
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 王政

本發明提供了一種連續碳纖維增強鎳基復合材料的制備方法，采用在連續碳纖維的表面通過有機凝膠粘附固化鎳粉的方法，可控制碳纖維表面的粘附鎳層的厚度，從而控制熱壓燒結后復合材料中碳纖維的含量與間距，使得碳纖維在鎳基體中平行分布，并且能夠制備出高碳纖維含量的鎳基復合材料。該制備方法省去了工藝復雜的碳纖維表面鍍鎳工藝，成本極低、易操作、能夠實現產業化生產，且通過本發明提供的制備方法得到的碳纖維增強鎳基復合材料的強度均明顯優于現有方法制備的碳纖維增強鎳基復合材料，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及復合材料制備技術領域，尤其涉及一種連續碳纖維增強鎳基復合材料的制備方法。

背景技術

鎳基復合材料被廣泛應用于飛行器、船舶和其他工業，具有非常好的高溫強度、抗氧化性能、抗熱疲勞、抗熱侵蝕等性能，它可以代替鎳基超耐熱不銹鋼使渦輪發動機的各組成部分在高溫下工作。碳纖維增強金屬基復合材料，單向增強時具有強烈的各向異性，在纖維方向上表現出很高的靜力強度和很好的抵制破壞的性能。連續碳纖維增強鎳基復合材料中，長纖維是承力組元。由于長纖維沿軸向具有很高的強度和彈性模量，故連續增強鎳基復合材料有很高的比強度和比模量。目前連續碳纖維增強金屬基復合材料主要用于高性能復合材料制品。連續碳纖維增強鎳基材料的復合非常困難，通常用箔材/纖維/箔材(FFF)法、等離子噴射涂層法(MCM)和物相沉積法(PVD)，制造成本極高，且存在著碳纖維含量及間距難以控制，制備過程中易造成碳纖維偏聚，纖維與纖維界面直接大量接觸成為裂紋源，使用過程中裂紋迅速擴展造成低應力脆斷的問題。如何通過控制碳纖維的含量和排布方式制備出高強度、高導電性及高耐磨性的碳纖維增強鎳基復合材料一直是研究的熱點。

發明內容

針對現有碳纖維增強鎳基復合材料存在碳纖維含量和間距難以控制及制備過程中碳纖維易偏聚的問題，本發明提供一種連續碳纖維增強鎳基復合材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

一種連續碳纖維增強鎳基復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

步驟一、取碳纖維束，浸入濃硫酸中10～20min，取出沖洗表面殘酸至中性，分散為碳纖維單絲；取50～200根所述碳纖維單絲為一簇，平行排列2簇以上，并將各簇所述碳纖維單絲兩端限位，得預浸體；

步驟二、將所述預浸體浸入有機粘附劑中5～10s，取出，將粘附有機粘附劑的預浸體在鈦粉中反復振動，得碳纖維單絲表面均勻粘附鈦粉的初浸料，將所述初浸料上的有機粘附劑固化，得碳纖維初級料；

步驟三、將所述碳纖維初級料再次浸入所述有機粘附劑中5～10s，取出，然后在鎳粉中反復振動，得碳纖維單絲表面均勻粘附鎳粉的次浸料，再將所述次浸料上的有機粘附劑固化，得碳纖維次級料；

步驟四、重復步驟三，粘附多層鎳粉，得直徑0.4～0.9mm的碳纖維復合料；

步驟五、在真空熱壓燒結爐的熱壓模具中平行放入多層所述碳纖維復合料，真空熱壓燒結，得碳纖維增強鎳基復合材料。

相對于現有技術，本發明提供的連續碳纖維增強鎳基復合材料的制備方法，采用在連續碳纖維的表面粘附固化多層鎳粉的方法，可控制碳纖維表面的粘附鎳層的厚度，從而控制熱壓燒結后復合材料中碳纖維的含量與間距，使得碳纖維在鎳基體中的含量與分布達到最佳，避免碳纖維的偏聚，并且能夠制備出高碳纖維含量的鎳基復合材料。本發明制備所提供的制備方法還在碳纖維表面粘附鈦層作為鎳與碳纖維的過渡層，改善了鎳與碳纖維的潤濕性，該制備方法省去了工藝復雜的碳纖維表面鍍鎳工藝，成本極低、易操作、能夠實現產業化生產，且通過本發明提供的制備方法得到的碳纖維增強鎳基復合材料的導電性能和強度均明顯優于現有方法制備的碳纖維增強鎳基復合材料，具有廣闊的應用前景。

可選的，步驟一中，將所述碳纖維束經高速氣流吹散，再經梳齒狀工具梳理得所述碳纖維單絲。