[發明專利]非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料設備與方法

有效

• 申請號: 201910792244.0
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110396653B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 曲迎東;李廣龍;王光磊;周啟文;李榮德;蘇睿明;聶賽男;田暢
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: C22C47/08
• 分類號: C22C47/08;C22C49/14;C22C101/10
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 耿浩

1.一種非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料設備，其特征在于：箱體（2）的上端設有箱蓋（3），超聲振頭（1）的上端固定在超聲振頭支撐夾具（16）上，超聲振頭（1）的下端穿過箱蓋（3）并頂在振動板（6）上，振動板（6）連接有多個振動板連接桿（7），振動板連接桿（7）穿過固定板（5）并下端連接有夾具（13），夾具（13）為上下兩層，兩層夾具（13）之間用于夾碳纖維（14），振動板（6）和固定板（5）之間的振動板連接桿（7）套有具有預緊力的彈簧（8），固定板（5）是通過多個固定板連接桿（4）連接在箱蓋（3）上的，所述箱體（2）內設有一個坩堝（11），坩堝（11）的周圈設有用于加熱坩堝的電阻絲（12），夾具（13）位于坩堝（11）的內部；

所述超聲振頭（1）與箱蓋（3）之間設有直線軸承a（9），振動板連接桿（7）與固定板（5）之間設有直線軸承b（10）。

2.根據權利要求1所述的非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料設備，其特征在于：所述超聲振頭支撐夾具（16）的下端通過螺紋連接在支撐夾具底座（17）上，超聲振頭支撐夾具（16）用于夾持超聲振頭（1）的一端兩側為弧形夾具片（20），弧形夾具片（20）的一側設有兩個控制弧形夾具片（20）開合的合頁（21），另一側通過螺絲螺母或者螺栓鎖緊。

3.根據權利要求1所述的非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料設備，其特征在于：所述夾具（13）的尺寸為內腔的長和寬為0.1-10 m的矩形夾具或內腔直徑為0.1-10 m的圓形夾具，夾具寬度為1-100 cm。

4.根據權利要求1、2或3所述的非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料設備，其特征在于：所述夾具（13）為碳纖維材料夾具。

5.根據權利要求1所述的非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料設備，其特征在于：所述直線軸承a（9）的上下端設有骨架油封（22）。

6.一種使用如權利要求1所述的設備制備非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：包括以下步驟：

①將具有一定徑向預緊力的碳纖維（14）絲束固定于夾具上，得到預制體；

②在惰性氣體保護或真空條件下將纖維預制體放入坩堝（11）內的熔融金屬液中；

③在振動板（6）的上方施加超聲波振動，進而傳導給碳纖維預制體，經過超聲的振動，金屬液浸滲到碳纖維的間隙中，制得碳纖維金屬基復合材料；

④將碳纖維金屬基復合材料移出金屬液并冷卻到室溫。

7.根據權利要求6所述的制備非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：所述步驟①中碳纖維（14）在固定到夾具（13）之前，先用測力計給碳纖維（14）施加1-50 N的徑向預緊力，而后利用夾具（13）將其上下夾緊，使其在夾具（13）上同樣具有徑向預緊力，碳纖維（14）絲束為一層或多層，是全部朝向一個方向的或交叉排布的。

8.根據權利要求6所述的制備非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：所述步驟②中熔融金屬液為鋁合金，溫度為大于等于液相線20℃。

9.根據權利要求6所述的制備非直接接觸式超聲振動制備碳纖維復合材料的方法，其特征在于：所述步驟③中超聲振頭（1）與振動板（6）緊密接觸，并且在施加振動前以1-300N的力下壓振動板（6），彈簧（8）受到相應施加的壓力，而后開始振動，振動頻率為20KHz以上，振幅7μm-95μm，振動時間0.5-60 min。