CN1718834A - 提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种属于复合材料技术领域的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，包括以下步骤：(1)去除碳或石墨纤维表面的胶层；(2)化学气相沉积热解碳涂层：采用含碳量高的烷气作为热解气体，高温分解产生的碳在脱胶后的碳或石墨纤维表面沉积制得单质热解碳涂层，获得碳涂层厚度从0.1到几百微米；(3)在制备好表面有热解碳涂层的碳或石墨纤维后，进行与纯镁或镁合金的液态压力浸渍复合制备镁基复合材料。本发明以碳或石墨纤维为增强体，以纯镁或镁合金为基体，通过在碳或石墨纤维表面化学气相沉积热解碳来得到特殊的界面层，制备的镁基复合材料其阻尼性能比未涂层的显著提高，可达到0.01的高阻尼范围。

Description

提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的方法，具体地说，是一种提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法。
背景技术
材料的阻尼性能在控制结构的振动和噪音中起了重要的作用，因而也延长了循环载荷或冲击下材料的服役寿命。在航天等应用中，材料本身的高阻尼性能不仅有助于保持结构的高稳定性，而且可减少附加阻尼设计，提高航天器的有效载荷。因此，提高碳或石墨纤维增强镁基复合材料的阻尼性能具有重要意义。由于镁基复合材料的界面对其力学性能和阻尼性能的影响显著，界面层的改性设计对于镁基复合材料的最终性能起关键的作用。但已有的研究没有涉及到通过界面层的改性方法来提高镁基复合材料阻尼性能。
经对现有技术的文献检索发现，C.Mayencourt等人在《Phys.Status.Solidi.A》(固态物理学A)(1997，163：357)上发表论文“高阻尼复合材料：Mg2Si/Mg的研究”，该文提出通过定向凝固工艺制备纤维增强复合材料Mg2Si/Mg，拥有工业铸造镁合金AZ63相当的拉伸强度而阻尼性能却改善了10-100倍，但该定向凝固工艺复杂不适合工业化生产，未涉及纤维表面改性提高镁基复合材料阻尼性能的内容。张小农等在《材料工程》(1997，No.8：19-21)上发表论文“Gr/Mg复合材料的阻尼行为研究”，该文研究了以石墨纤维增强的镁基复合材料的阻尼性能，但未涉及通过纤维表面改性提高阻尼性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，使其以碳或石墨纤维为增强体，以纯镁或镁合金为基体，通过在碳或石墨纤维表面化学气相沉积(CVD)热解碳来得到特殊的界面层，镁基复合材料的阻尼性能得到显著提高。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明具体步骤如下：
(1)去除碳或石墨纤维表面的胶层。除胶采用在氩气保护下，450-550℃的加热方法，加热时间在5-30分钟。
(2)化学气相沉积(CVD)热解碳涂层。本发明采用含碳量高的烷气作为热解气体，如：丁烷(C4H10)，高温分解产生的碳在脱胶后的碳或石墨纤维表面沉积制得单质热解碳涂层。CVD采用800-1200℃炉温，以氩气为稀释气体，沉积时间由拉丝速度决定，拉丝越快沉积时间就越短，沉积时间为5-120分钟，可获得碳涂层厚度从0.1到几百微米。
(3)涂层纤维与镁的复合。在制备好表面有热解碳涂层的碳或石墨纤维后，进行与纯镁或镁合金的液态压力浸渍复合制备镁基复合材料。液态压力浸渍复合按常规的工艺进行，以氩气为高压气体，在压力浸渍炉中完成，浸渍时熔融镁温度700℃，复合保压时间30分钟，随炉冷却后，切开取出，可制得质量良好的镁基复合材料。
碳或石墨纤维表面有一层胶，在CVD处理前要先除去，以保证CVD沉积层的粘结。本发明利用反应气体的加热分解，在脱胶后的碳或石墨纤维表面上沉积分解产物。采用含碳量高的烷气作为热解气体，如：丁烷(C4H10)，CVD过程有如下的化学分解反应： ，由丁烷高温分解产生的碳在脱胶后的碳或石墨纤维表面沉积制得单质热解碳涂层。复合材料中界面结合状态显著影响其阻尼性能，弱的界面结合可通过界面微滑移等机制消耗振动能量，从而产生阻尼。本发明通过在连续纤维表明化学气相沉积一个碳涂层，这种涂层的存在造成了纤维与镁基体间弱的界面结合，在振动时可通过发生在碳涂层中的微滑移等阻尼机制消耗振动能量，从而产生高的阻尼性能。
本发明以碳或石墨纤维为增强体，以纯镁或镁合金为基体，通过在碳或石墨纤维表面化学气相沉积热解碳来得到特殊的界面层，制备的镁基复合材料其阻尼性能比未涂层的显著提高，可达到0.01的高阻尼范围。
具体实施方式
实施例1
以T300碳纤维为增强体，以AZ91镁合金为基体。除胶采用在氩气保护下，450℃加热5分钟。CVD工艺采用丁烷(C4H10)作为热解气体，CVD温度为800℃，沉积时间为5分钟，可获得涂层厚度2μm。采用液态压力浸渍工艺制造镁基复合材料，复合材料的阻尼性能达到0.01的高阻尼范围。
实施例2
以T300碳纤维为增强体，以AZ91镁合金为基体。除胶采用在氩气保护下，500℃加热15分钟。CVD工艺采用丁烷(C4H10)作为热解气体，CVD温度为1000℃，沉积时间为60分钟，可获得涂层厚度20-30μm。采用液态压力浸渍工艺制造镁基复合材料，复合材料的阻尼性能达到0.015的高阻尼范围。
实施例3
以T300碳纤维为增强体，以AZ91镁合金为基体。除胶采用在氩气保护下，550℃加热30分钟。CVD工艺采用丁烷(C4H10)作为热解气体，CVD温度为1200℃，沉积时间为120分钟，可获得涂层厚度200μm。采用液态压力浸渍工艺制造镁基复合材料，复合材料的阻尼性能达到0.02的高阻尼范围。

Claims (10)

1.一种提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)去除碳或石墨纤维表面的胶层；
(2)化学气相沉积热解碳涂层：采用含碳量高的烷气作为热解气体，高温分解产生的碳在脱胶后的碳或石墨纤维表面沉积制得单质热解碳涂层，获得碳涂层厚度从0.1到几百微米；
(3)在制备好表面有热解碳涂层的碳或石墨纤维后，进行与纯镁或镁合金的液态压力浸渍复合制备镁基复合材料。
2.根据权利要求1所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的去除碳或石墨纤维表面的胶层，其方法为：采用氩气保护。
3.根据权利要求2所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的去除碳或石墨纤维表面的胶层，其方法为：加热温度450-550℃，加热时间5-30分钟。
4.根据权利要求1所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的热解气体为丁烷。
5.根据权利要求1所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的化学气相沉积热解碳涂层，其方法为：采用800-1200℃炉温。
6.根据权利要求5所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的化学气相沉积热解碳涂层，其方法为：以氩气为稀释气体。
7.根据权利要求1所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的化学气相沉积热解碳涂层，其沉积时间由拉丝速度决定，拉丝越快，沉积时间就越短。
8.根据权利要求7所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的化学气相沉积热解碳涂层，其沉积时间为5-120分钟，
9.根据权利要求1所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的液态压力浸渍是指：以氩气为高压气体，在压力浸渍炉中完成。
10.根据权利要求9所述的提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法，其特征是，所述的液态压力浸渍是指：浸渍时熔融镁温度700℃，复合保压时间30分钟，随炉冷却后，切开取出，制得镁基复合材料。
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