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短碳纤维增强工业原铝复合材料的研究

高嵩  
【摘要】:现代科学技术的进步,对金属材料提出了越来越高的要求,促进了对金属基复合材料的研究。由于碳纤维增强铝基复合材料具有密度小,比强度、比刚度高,耐磨性、导热性好,高温强度及高温下尺寸稳定性好等特点,被许多领域特别是航天航空领域所青睐。 针对现有的采用低压铸造法生产的长碳纤维增强铝基复合材料存在的问题,如铝熔体与碳纤维润湿不良,界面结合强度低,不能轧制成薄板等。本文研究了采用碳纤维表面镀铜—搅拌铸造法制备短碳纤维增强工业原铝复合材料技术及所涉及的理论,为制造飞机蒙皮所需的短碳纤维增强铝基复合材料提供基础。由于碳纤维具有疏水性、惰性大难以在其表面上直接镀铜的特点,首先需要对碳纤维的表面进行预处理。试验结果表明:采用高温灼烧除胶和过硫酸铵氧化,较好地改善了碳纤维的疏水性,提高了碳纤维表面的粗糙度;以SnCl_2为敏化液,AgNO_3为活化液可使碳纤维表面形成一层具有催化活性的贵金属层(Ag),增大了碳纤维表面的活性,使碳纤维表面化学镀铜得以实现。 经过预处理的碳纤维表面先化学镀铜再电镀铜,可获得具有一定厚度、均匀的铜镀层,较好地解决了碳纤维与铝的润湿性问题。通过对化学镀液的沉铜速率、稳定性与温度以及还原剂、络合剂、稳定剂等试剂用量关系的研究,确定了最佳化学镀铜配方。首次采用以硫酸铜为主盐,甲醛为还原剂,AgNO_3为活化剂,EDTA和酒石酸钾钠为双络合剂,2,2′—联吡啶和亚铁氰化钾为稳定剂,碳纤维化学镀铜新工艺。该工艺镀液稳定,铜沉积速度快,生产成本低,镀铜效果良好。 通过对电镀铜的沉铜速率、电镀时间和电流密度的试验,确定了合适的电镀条件。 碳纤维化学镀铜—电镀铜复合镀的试验结果表明,对碳纤维先进行化学镀铜再电镀铜,既解决了碳纤维束的黑心问题,又可获得较厚的镀层,使镀层与碳纤维的结合力更好。 创造性地使用化学涂覆的方法有效地解决了在高温复合过程中碳纤维表面铜镀层的氧化难题。实验发现,将镀铜碳纤维浸泡在1%硼酸溶液中,可大大降低铜


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