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短碳纤维表面处理及粉末冶金法制备Cf/Al复合材料的研究

作　者: 卢文成
导　师: 刘忠侠
学　校: 郑州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 碳纤维化学镀短碳纤维增强复合材料物理性能力学性能
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、低热胀系数等优良特性,以碳纤维为增强体的铝基复合材料能够充分发挥碳纤维与铝合金的优势,成为汽车、航空航天、体育用品等领域广泛采用的材料。本文针对在碳纤维增强铝基复合材料的制备过程中产生的碳铝界面的浸润性、界面反应等问题,研究了碳纤维的表面处理工艺。采用粉末冶金工艺制备了短碳纤维增强复合材料,对碳纤维增强铝基复合材料的制备与热处理进行了优化,对复合材料的微观组织、物理性能和热处理性能进行了研究。试验结果表明：通过对碳纤维短切、表面灼烧、粗化、中和、敏化-活化二步法等预处理工序,能够得到了表面附着有均匀催化剂银的短碳纤维。经过化学镀铜和电镀处理,得到优质的镀铜碳纤维。通过对碳纤维表面处理在各种处理液进行表面处理,发现粗化、中和、敏化、还原处理液在处理过程中均未发生较大变化。而活化液与镀铜液却不能再次利用。通过对活化与镀铜的工艺改进,实现了所有处理液的多次使用,从而降低成本,提高处理效率。使用制备的镀铜碳纤维,采用粉末冶金法制备短碳纤维增强铝合金基复合材料,研究了热压温度、压强和不同碳纤维含量、基体合金性质等因素对Cf/Al复合材料密度、硬度及吸油率的影响。发现使用热压法制备复合材料时,在600℃、40MPa的温度与压力下,复合材料具有较好的致密度。1%体积分数的碳纤维增强2024铝合金基复合材料具有较高的硬度。通过对不同碳纤维含量的复合材料热处理工艺进行优化,确定了短碳纤维增强2024铝基复合材料的最佳时效处理时间。结果表明,由于碳纤维的存在,复合材料的硬度提高,复合材料的最佳时效时间比2024合金的最佳时效时间短2-4h。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-24
  1.1 复合材料概述  10-12
    1.1.1 复合材料定义及分类  10-11
    1.1.2 金属基复合材料(MMC)  11-12
  1.2 Cf/Al复合材料的研究现状  12-19
    1.2.1 碳纤维的基本性质  12-13
    1.2.2 Cf/Al复合材料的特性  13-14
    1.2.3 Cf/Al复合材料的制备工艺  14-15
    1.2.4 Cf/Al复合材料的强化机制  15-16
    1.2.5 Cf/Al复合材料的性能复合准则  16-18
    1.2.6 Cf/Al复合材料的强化途径  18-19
    1.2.7 Cf/Al复合材料的界面问题  19
  1.3 碳纤维表面处理  19-22
    1.3.1 碳纤维表面处理的一般方法  19-20
    1.3.2 碳纤维表面镀铜的预处理  20-21
    1.3.3 短碳纤维表面化学镀铜  21
    1.3.4 短碳纤维表面电镀铜  21-22
  1.4 研究内容与技术路线  22-24
    1.4.1 研究内容  22-23
    1.4.2 技术路线  23-24
2 试验材料与试验方法  24-29
  2.1 原材料  24-25
    2.1.1 碳纤维与基体合金  24
    2.1.2 所用药品  24-25
  2.2 试验方法  25-29
    2.2.1 碳纤维的预处理  25
    2.2.2 化学镀  25-26
    2.2.3 热压法制备复合材料  26
    2.2.4 成分测试  26
    2.2.5 复合材料的热处理  26-27
    2.2.6 复合材料密度测试  27
    2.2.7 复合材料的吸油率测试  27
    2.2.8 扫描电镜分析  27-28
    2.2.9 复合材料的硬度测试  28-29
3 短碳纤维表面处理  29-43
  3.1 镀铜预处理  29-34
    3.1.1 短切  29
    3.1.2 灼烧与粗化  29-30
    3.1.3 敏化-活化二步法催化处理  30-32
    3.1.4 敏化-活化二步法催化处理的工艺优化  32-34
  3.2 短碳纤维镀铜  34-41
    3.2.1 化学镀铜  34-35
    3.2.2 化学镀铜的主要影响因素  35-38
    3.2.3 镀层厚度控制  38-40
    3.2.4 处理液的重复利用  40-41
  3.3 碳纤维电镀铜  41-42
  3.4 本章小结  42-43
4 Cf/Al复合材料的粉末冶金法制备及组织与性能的研究  43-56
  4.1 粉末冶金法制备Cf/Al复合材料的工艺  43-45
    4.1.1 球磨法制备2024合金粉末  43
    4.1.2 混料  43
    4.1.3 热压法制备复合材料  43-44
    4.1.4 复合材料的热挤压  44
    4.1.5 复合材料的热处理  44-45
  4.2 热压工艺参数对复合材料的影响  45-46
    4.2.1 热压温度对复合材料密度的影响  45-46
    4.2.2 热压压力对复合材料密度的影响  46
  4.3 复合材料显微组织  46-48
  4.4 体积分数对复合材料密度与致密性的影响  48-50
  4.5 碳纤维含量对复合材料的硬度的影响  50-51
  4.6 基体成分对复合材料性能的影响  51-53
  4.7 热处理工艺对复合材料性能的影响  53-54
  4.8 本章小结  54-56
5 结论  56-57
参考文献  57-61
致谢  61

短碳纤维表面处理及粉末冶金法制备Cf/Al复合材料的研究

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