一种碳纤维硅化铝基复合材料及其制备方法

本发明涉及铝基复合材料，尤其涉及一种碳纤维硅化铝基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、碳纤维增强铝基复合材料具有高强度、高刚度、耐高温、耐腐蚀、疲劳性能优异且重量轻的特点，适用于要求高性能和轻量化的领域，如钻杆、航空航天和汽车工业等领域；但是，在高温条件下，碳纤维和铝基体之间的界面易发生化学反应，形成碳化铝，从而导致碳纤维和铝基体之间的界面结合强度下降，从而影响碳纤维增强铝基复合材料的力学性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳纤维硅化铝基复合材料及其制备方法。本发明提供的碳纤维硅化铝基复合材料力学性能好和耐热性能好。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种碳纤维硅化铝基复合材料，由包括以下质量百分比的原料制备得到：碳纤维粉4～8％，硅粉5～11％和铝合金粉81～91％。

4、优选地，所述碳纤维粉的直径为5～7μm。

5、优选地，所述硅粉的粒径为30～50μm，密度为2.3～2.7g/cm-3。

6、优选地，所述铝合金粉的粒径为15～45μm，密度为2.2～2.9g/cm-3。

7、本发明还提供了上述技术方案所述碳纤维硅化铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

8、将碳纤维粉、硅粉和铝合金粉混合，得到复合粉末；

9、将所述复合粉末依次进行预烧结、烧结成型、挤压加工和固溶处理，得到碳纤维硅化铝基复合材料。

10、优选地，所述预烧结的温度为500～560℃，预烧结的升温速率为10～20℃/min。

11、优选地，所述预烧结的压力为10～20mpa，预烧结的时间为8～10min。

12、优选地，所述烧结成型的温度为500～560℃，烧结成型的压力为20～30mpa，烧结成型的时间为20～30min。

13、优选地，所述挤压加工的荷载为400～500mpa，所述挤压加工的变形量为5％～20％，挤压加工的温度为450～500℃，挤压加工的速度为10～100mm/s，挤压加工的时间为5～30min。

14、优选地，所述固溶处理的温度为450～500℃，固溶处理的时间为4～6h。

15、本发明提供了一种碳纤维硅化铝基复合材料，由包括以下质量百分比的原料制备得到：碳纤维粉4～8％，硅粉5～11％和铝合金粉81～91％。本发明通过添加适量硅粉可以形成固溶强化，提高碳纤维硅化铝基复合材料的强度和硬度，从而增强复合材料的力学性能；同时可以促进铝合金基体与碳纤维的结合，形成均匀的界面层，增强界面结合强度，从而增强复合材料的力学性能；并且可以抑制碳纤维与铝合金基体在高温下发生化学反应生成碳化铝，降低界面的化学反应活性，增强界面结合强度，从而增强复合材料的力学性能和耐热性能；还可以提高铝合金基体的耐高温性能，从而增强碳纤维硅化铝基复合材料的耐热性。实施例结果显示，本发明提供的碳纤维硅化铝基复合材料热膨胀系数为14.3ppm/k，抗剪强度为376mpa，断裂韧性为11.2mpa·m1/2。

技术特征：

1.一种碳纤维硅化铝基复合材料，由包括以下质量百分比的原料制备得到：碳纤维粉4～8％，硅粉5～11％和铝合金粉81～91％。

2.根据权利要求1所述的碳纤维硅化铝基复合材料，其特征在于，所述碳纤维粉的直径为5～7μm。

3.根据权利要求1所述的碳纤维硅化铝基复合材料，其特征在于，所述硅粉的粒径为30～50μm，密度为2.3～2.7g/cm-3。

4.根据权利要求1所述的碳纤维硅化铝基复合材料，其特征在于，所述铝合金粉的粒径为15～45μm，密度为2.2～2.9g/cm-3。

5.权利要求1～4任一项所述的碳纤维硅化铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的碳纤维硅化铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述预烧结的温度为500～560℃，预烧结的升温速率为10～20℃/min。

7.根据权利要求5或6所述的碳纤维硅化铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述预烧结的压力为10～20mpa，预烧结的时间为8～10min。

8.根据权利要求5所述的碳纤维硅化铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结成型的温度为500～560℃，烧结成型的压力为20～30mpa，烧结成型的时间为20～30min。

9.根据权利要求5所述的碳纤维硅化铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤压加工的荷载为400～500mpa，所述挤压加工的变形量为5％～20％，挤压加工的温度为450～500℃，挤压加工的速度为10～100mm/s，挤压加工的时间为5～30min。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的保温温度为450～500℃，固溶处理的保温时间为4～6h。

技术总结本发明提供了一种碳纤维硅化铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明通过添加适量硅粉可以形成固溶强化，提高碳纤维硅化铝基复合材料的强度和硬度，从而增强复合材料的力学性能；同时可以促进铝合金基体与碳纤维的结合，形成均匀的界面层，增强界面结合强度，从而增强复合材料的力学性能；并且可以抑制碳纤维与铝合金基体高温下发生化学反应生成碳化铝，降低界面的化学反应活性，增强界面结合强度，从而增强复合材料的力学性能和耐热性能；还可以提高铝合金基体的耐高温性能，从而增强碳纤维硅化铝基复合材料的耐热性。技术研发人员：金永平,黄谦仁受保护的技术使用者：湖南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1