[發明專利]一種超聲固結加通電加熱鐓壓復合材料短流程制備工藝

在審

• 申請號: 202310405671.5
• 申請日: 2023-04-17
• 公開（公告）號: CN116550921A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 張洪濤;張鴻昌;孫磊;于子京;秦海峰;余果;牛紹宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;煙臺產研鑫合新材料有限公司
• 主分類號: B21J9/12
• 分類號: B21J9/12;B21K29/00;C22C32/00;C22C9/00
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 付秀穎

本發明公開了一種超聲固結加通電加熱鐓壓復合材料短流程制備工藝，包括以下步驟：S1.選材質A作為復合材料的增強相，將特定材質A與乙醇溶液混合、攪拌，將混懸液刷在銅基箔上，待酒精完全蒸發后將其放置于超聲設備上；S2.利用超聲設備電源開始超聲固結；S3.一層銅箔刷一層材質A，反復進行步驟S1?S2，直至復合材料的層數固結至預設高度；S4.將超聲固結后的復合材料放置在脈沖電流電極中間，之后將復合材料和脈沖電流電極一并放到C型液壓機工作臺上，多次加熱并墩壓。其優點在于，制備出來的復合材料外觀平整一致，獲得結合致密的效果，使增強相與基體完全潤濕，極少出現連接不良。

技術領域

本申請屬于復合材料制備領域，具體涉及一種超聲固結加通電加熱鐓壓復合材料短流程制備工藝。

背景技術

金屬基復合材料(metal?matrix?composites)，簡稱(MMCs)是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工結合成的復合材料。金屬基復合材料按增強體的類別來分類，如纖維增強(包括連續和短切)、晶須增強和顆粒增強等，按金屬或合金基體的不同，金屬基復合材料可分為鋁基、鎂基、銅基、鈦基、高溫合金基、金屬間化合物基以及難熔金屬基復合材料等。目前，金屬基復合材料制備常用的工藝有固態法、液態法、噴射成型法和原位生長法等，其中固態法需要在低溫和高壓下進行，溫度不易控制且界面反應不嚴重；液態法需要真空下加壓，工藝復雜、周期較長、且制備大尺寸的零件要求大型設備；噴射成型法凝固的過程比較復雜，過早凝固不難復合，過遲的凝固則使增強體發生上浮下沉而分布不均的問題；原位生長法對晶體的成長需要嚴格控制溫度和成長參數等條件。基于此，本申請在現有技術的基礎上優化改進了加工工藝，在保證其性能穩定的前提下，工藝簡化成本更低，更有利于商業化。

發明內容

基于上述問題，本申請采用碳納米管等力學、電學和化學性能較好的材質作為增強相，銅基為復合材料的基本相(基體)，用超聲碎膜固結加脈沖電流通電加熱鐓壓可以將銅和碳納米管復合化，其技術方案為：

一種超聲固結加通電加熱鐓壓復合材料短流程制備工藝，包括以下步驟：

S1.選一種特定材質A作為復合材料的增強相，將特定材質A與乙醇溶液混合、攪拌，將混合液刷在銅基箔上，待酒精完全蒸發后將其放置于超聲設備上；

S2.利用超聲設備電源開始超聲固結；

S3.一層銅箔刷一層特定材質A，反復進行步驟S1-S2，直至復合材料的層數增至預設高度；

S4.將超聲固結后的復合材料放置在脈沖電流加熱設備的兩個電極板之間，之后將復合材料和電極板一并放到C型液壓機工作臺上，加熱并進行墩壓。

進一步的，所述特定材質A為碳納米管，石墨烯、碳纖維、金剛石、硼纖維中的任一種。

進一步的，步驟S1中，特定材質A與乙醇溶液的配置比為：1-10mg:100ml，所述銅基箔的厚度為0.05-0.3mm。

進一步的，步驟S2中，超聲設備的超聲振幅為10-50um，壓力0.1-0.5MPa。

進一步的，步驟S3中，復合材料層數的預設高度是0.5-10mm，包括層特定材質A和多層銅箔。

進一步的，步驟S4中，所述脈沖電流加熱設備包括脈沖電流通電電極和鎢銅合金板，兩者之間設有絕緣材料，所述脈沖電流通電電極、鎢銅合金板上均設有多個不規則且連通的S型水槽，所述S型水槽與冷水處理機連接，脈沖電流通電電極與脈沖電源連接；脈沖電流通電電極電壓10V-80V，頻率100Hz-250?Hz，壓力為1-10Mpa，占空比為0.05～0.5；脈沖電流通電電極加熱時間為600s，加熱溫度為900-1300K。

進一步的，步驟S4中，C型液壓機壓力可調范圍為1-10MPa，墩壓時間為一次性10s，連續進行5次墩壓，使增強相與銅基箔高度潤濕。

有益效果