本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，具體涉及一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料、制備系統(tǒng)及方法。屬于冶金復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳纖維具有低密度、高強(qiáng)度、高模量、低熱膨脹、耐輻射等優(yōu)良性能，其不僅具有碳材料的力學(xué)性能，還具有紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。

鎂是輕金屬之一，具有銀白色光澤，略有延展性。雖然純鎂的強(qiáng)度小，但是鎂合金是良好的輕型結(jié)構(gòu)材料，在空間技術(shù)、航空、汽車和儀表燈工業(yè)部門等中廣泛應(yīng)用。與塑料相比，鎂合金具有重量輕、比強(qiáng)度高、減振性好、熱疲勞性能好、不易老化，又有良好的導(dǎo)熱性、電磁屏蔽能力強(qiáng)、非常好的壓鑄工藝性能，尤其易于回收等優(yōu)點(diǎn)，是替代鋼鐵、鋁合金和工程塑料的新一代高性能結(jié)構(gòu)材料。

倘若能將碳纖維與鎂的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，必能促進(jìn)其在各種高精尖領(lǐng)域的發(fā)展，但是，鎂與碳纖維結(jié)合性并不理想，影響了所得復(fù)合材料的力學(xué)性能和抗熱沖擊性能，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

本發(fā)明還提供了該種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備系統(tǒng)及方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，以質(zhì)量百分比計(jì)，是由以下組分制成的：碳纖維5～8％，碳化硼5～10％，氧化鋁5～8％，氧化鉛3～5％，氧化鋯3～4％，氧化錫1～2％，余量為鎂粉。

優(yōu)選的，是由以下組分制成的：碳纖維6～7％，碳化硼6～9％，氧化鋁6～7％，氧化鉛4～5％，氧化鋯3～4％，氧化錫1～2％，余量為鎂粉。

進(jìn)一步優(yōu)選的，是由以下組分制成的：碳纖維6％，碳化硼7％，氧化鋁6％，氧化鉛5％，氧化鋯4％，氧化錫1％，余量為鎂粉。

優(yōu)選的，所述碳纖維為T300或T700宇航級(jí)。

上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，包括依次連接的混料裝置、球磨罐、壓制成型裝置和燒結(jié)爐，混料裝置的進(jìn)料口分別與碳纖維預(yù)處理裝置和進(jìn)料裝置連接；所述的碳纖維預(yù)處理裝置包括依次連接的真空熱處理爐、浸漬槽、清洗池和烘干裝置。

優(yōu)選的，所述的混料裝置、球磨罐、壓制成型裝置和燒結(jié)爐，相鄰的裝置之間分別設(shè)有傳送物料的傳料帶。

優(yōu)選的，所述混料裝置為混料機(jī)。

優(yōu)選的，所述球磨罐由球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)球磨。

優(yōu)選的，所述壓制成型裝置為粉末成型機(jī)。

優(yōu)選的，所述進(jìn)料裝置為進(jìn)料漏斗。

優(yōu)選的，所述浸漬槽中盛有丙酮。

優(yōu)選的，所述清洗池的上方設(shè)有噴淋去離子水的若干個(gè)噴淋頭。

優(yōu)選的，所述烘干裝置為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預(yù)處理：將碳纖維置于真空熱處理爐，在2～3Pa條件下，500～600℃加熱15～20分鐘，停止加熱，冷卻至25℃，然后送入浸漬槽內(nèi)利用丙酮浸泡2小時(shí)，轉(zhuǎn)移至清洗池中用去離子水淋洗，晾干，之后烘干，備用；

(2)將配方量的碳化硼、氧化鋁、氧化鉛、氧化鋯、氧化錫和鎂粉依次通過(guò)進(jìn)料裝置加入到混料裝置，然后將步驟(1)預(yù)處理后的碳纖維轉(zhuǎn)移至混料裝置，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐，將球磨罐置于球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時(shí)間為20～30分鐘，得細(xì)粉；

(4)將細(xì)粉送入壓制成型裝置，在600～800MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

(5)將坯材轉(zhuǎn)移至燒結(jié)爐，在2～3MPa條件下，900～1000℃燒結(jié)2～3小時(shí)，之后冷卻至25℃，即得。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明以鎂為主，另外添加了碳纖維、碳化硼、氧化鋁、氧化鉛、氧化鋯和氧化錫等成分，將各組分混勻后，球磨處理得細(xì)粉，然后壓制成型得到坯材，最后燒結(jié)得到碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度170MPa以上，彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度在210MPa以上，在2100℃有氧環(huán)境下質(zhì)量損失僅為10^-5g/cm²s量級(jí)，具有力學(xué)性能好和抗熱沖擊性能佳等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的制備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的制備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為碳纖維預(yù)處理裝置，2為混料裝置，3為球磨罐，4為壓制成型裝置，5為燒結(jié)爐，6為進(jìn)料裝置，11為真空熱處理爐，12為浸漬槽，13為清洗池，14為烘干裝置，15為噴淋頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該說(shuō)明的是，下述說(shuō)明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。

實(shí)施例1：

一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，以質(zhì)量百分比計(jì)，是由以下組分制成的：碳纖維(T300宇航級(jí))5％，碳化硼5％，氧化鋁5％，氧化鉛3％，氧化鋯3％，氧化錫1％，余量為鎂粉。

如圖1所示，上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，混料裝置2的進(jìn)料口分別與碳纖維預(yù)處理裝置1和進(jìn)料裝置6連接；所述的碳纖維預(yù)處理裝置1包括依次連接的真空熱處理爐11、浸漬槽12、清洗池13和烘干裝置14。

混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，相鄰的裝置之間分別設(shè)有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機(jī)。球磨罐3由球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機(jī)。進(jìn)料裝置6為進(jìn)料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設(shè)有噴淋去離子水的若干個(gè)噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預(yù)處理：將碳纖維置于真空熱處理爐11，在2Pa條件下，500℃加熱15分鐘，停止加熱，冷卻至25℃，然后送入浸漬槽12內(nèi)利用丙酮浸泡2小時(shí)，轉(zhuǎn)移至清洗池13中用去離子水淋洗，晾干，之后烘干，備用；

(2)將配方量的碳化硼、氧化鋁、氧化鉛、氧化鋯、氧化錫和鎂粉依次通過(guò)進(jìn)料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預(yù)處理后的碳纖維轉(zhuǎn)移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時(shí)間為20分鐘，得細(xì)粉；

(4)將細(xì)粉送入壓制成型裝置4，在600MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

(5)將坯材轉(zhuǎn)移至燒結(jié)爐5，在2MPa條件下，900℃燒結(jié)2小時(shí)，之后冷卻至25℃，即得。

實(shí)施例2：

一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，以質(zhì)量百分比計(jì)，是由以下組分制成的：碳纖維(T700宇航級(jí))8％，碳化硼10％，氧化鋁8％，氧化鉛5％，氧化鋯4％，氧化錫2％，余量為鎂粉。

如圖1所示，上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，混料裝置2的進(jìn)料口分別與碳纖維預(yù)處理裝置1和進(jìn)料裝置6連接；所述的碳纖維預(yù)處理裝置1包括依次連接的真空熱處理爐11、浸漬槽12、清洗池13和烘干裝置14。

混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，相鄰的裝置之間分別設(shè)有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機(jī)。球磨罐3由球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機(jī)。進(jìn)料裝置6為進(jìn)料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設(shè)有噴淋去離子水的若干個(gè)噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預(yù)處理：將碳纖維置于真空熱處理爐11，在3Pa條件下，600℃加熱20分鐘，停止加熱，冷卻至25℃，然后送入浸漬槽12內(nèi)利用丙酮浸泡2小時(shí)，轉(zhuǎn)移至清洗池13中用去離子水淋洗，晾干，之后烘干，備用；

(2)將配方量的碳化硼、氧化鋁、氧化鉛、氧化鋯、氧化錫和鎂粉依次通過(guò)進(jìn)料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預(yù)處理后的碳纖維轉(zhuǎn)移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時(shí)間為30分鐘，得細(xì)粉；

(4)將細(xì)粉送入壓制成型裝置4，在800MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

(5)將坯材轉(zhuǎn)移至燒結(jié)爐5，在3MPa條件下，1000℃燒結(jié)3小時(shí)，之后冷卻至25℃，即得。

實(shí)施例3：

一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，以質(zhì)量百分比計(jì)，是由以下組分制成的：碳纖維(T300宇航級(jí))6％，碳化硼6％，氧化鋁6％，氧化鉛4％，氧化鋯3％，氧化錫1％，余量為鎂粉。

如圖1所示，上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，混料裝置2的進(jìn)料口分別與碳纖維預(yù)處理裝置1和進(jìn)料裝置6連接；所述的碳纖維預(yù)處理裝置1包括依次連接的真空熱處理爐11、浸漬槽12、清洗池13和烘干裝置14。

混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，相鄰的裝置之間分別設(shè)有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機(jī)。球磨罐3由球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機(jī)。進(jìn)料裝置6為進(jìn)料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設(shè)有噴淋去離子水的若干個(gè)噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預(yù)處理：將碳纖維置于真空熱處理爐11，在2Pa條件下，500℃加熱15分鐘，停止加熱，冷卻至25℃，然后送入浸漬槽12內(nèi)利用丙酮浸泡2小時(shí)，轉(zhuǎn)移至清洗池13中用去離子水淋洗，晾干，之后烘干，備用；

(2)將配方量的碳化硼、氧化鋁、氧化鉛、氧化鋯、氧化錫和鎂粉依次通過(guò)進(jìn)料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預(yù)處理后的碳纖維轉(zhuǎn)移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時(shí)間為20分鐘，得細(xì)粉；

(4)將細(xì)粉送入壓制成型裝置4，在600MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

(5)將坯材轉(zhuǎn)移至燒結(jié)爐5，在2MPa條件下，900℃燒結(jié)2小時(shí)，之后冷卻至25℃，即得。

實(shí)施例4：

一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，以質(zhì)量百分比計(jì)，是由以下組分制成的：碳纖維(T700宇航級(jí))7％，碳化硼9％，氧化鋁7％，氧化鉛5％，氧化鋯4％，氧化錫2％，余量為鎂粉。

如圖1所示，上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，混料裝置2的進(jìn)料口分別與碳纖維預(yù)處理裝置1和進(jìn)料裝置6連接；所述的碳纖維預(yù)處理裝置1包括依次連接的真空熱處理爐11、浸漬槽12、清洗池13和烘干裝置14。

混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，相鄰的裝置之間分別設(shè)有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機(jī)。球磨罐3由球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機(jī)。進(jìn)料裝置6為進(jìn)料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設(shè)有噴淋去離子水的若干個(gè)噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預(yù)處理：將碳纖維置于真空熱處理爐11，在3Pa條件下，600℃加熱20分鐘，停止加熱，冷卻至25℃，然后送入浸漬槽12內(nèi)利用丙酮浸泡2小時(shí)，轉(zhuǎn)移至清洗池13中用去離子水淋洗，晾干，之后烘干，備用；

(2)將配方量的碳化硼、氧化鋁、氧化鉛、氧化鋯、氧化錫和鎂粉依次通過(guò)進(jìn)料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預(yù)處理后的碳纖維轉(zhuǎn)移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時(shí)間為30分鐘，得細(xì)粉；

(4)將細(xì)粉送入壓制成型裝置4，在800MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

(5)將坯材轉(zhuǎn)移至燒結(jié)爐5，在3MPa條件下，1000℃燒結(jié)3小時(shí)，之后冷卻至25℃，即得。

實(shí)施例5：

一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，以質(zhì)量百分比計(jì)，是由以下組分制成的：碳纖維(T700宇航級(jí))6％，碳化硼7％，氧化鋁6％，氧化鉛5％，氧化鋯4％，氧化錫1％，余量為鎂粉。

如圖1所示，上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，混料裝置2的進(jìn)料口分別與碳纖維預(yù)處理裝置1和進(jìn)料裝置6連接；所述的碳纖維預(yù)處理裝置1包括依次連接的真空熱處理爐11、浸漬槽12、清洗池13和烘干裝置14。

混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結(jié)爐5，相鄰的裝置之間分別設(shè)有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機(jī)。球磨罐3由球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機(jī)。進(jìn)料裝置6為進(jìn)料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設(shè)有噴淋去離子水的若干個(gè)噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預(yù)處理：將碳纖維置于真空熱處理爐11，在3Pa條件下，550℃加熱20分鐘，停止加熱，冷卻至25℃，然后送入浸漬槽12內(nèi)利用丙酮浸泡2小時(shí)，轉(zhuǎn)移至清洗池13中用去離子水淋洗，晾干，之后烘干，備用；

(2)將配方量的碳化硼、氧化鋁、氧化鉛、氧化鋯、氧化錫和鎂粉依次通過(guò)進(jìn)料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預(yù)處理后的碳纖維轉(zhuǎn)移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時(shí)間為25分鐘，得細(xì)粉；

(4)將細(xì)粉送入壓制成型裝置4，在700MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

(5)將坯材轉(zhuǎn)移至燒結(jié)爐5，在2MPa條件下，950℃燒結(jié)3小時(shí)，之后冷卻至25℃，即得。

試驗(yàn)例

對(duì)實(shí)施例1～5的復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，分別采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料的拉伸輕度、彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度，并在2100℃有氧環(huán)境下測(cè)試質(zhì)量損失率，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1.性能測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，本發(fā)明的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度170MPa以上，彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度在210MPa以上，在2100℃有氧環(huán)境下質(zhì)量損失僅為10^-5g/cm²s量級(jí)，具有力學(xué)性能好和抗熱沖擊性能佳等優(yōu)點(diǎn)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。