溶胶-凝胶法al2o3涂层碳纤维增强铝基复合材料的研制.pdf

第 15 卷 第 1 期 复 　 合 　 材 　 料 　 学 　 报 V o l. 15　　N o. 1 1998 年　 2 月 A CTA M A T ER IA E COM PO S ITA E S IN ICA F eb ru ary　　1998 溶胶- 凝胶法 2 3 涂层碳纤维增强 A l O 铝基复合材料的研制 曾庆冰 (第一军医大学化学教研室, 广州 5 105 15) 摘　要　以异丙醇铝为原料, 经乙酰丙酮改性, 通过水解缩合制得A l O 溶胶, 研究溶胶凝胶法在 2 3 ( ) 碳纤维上涂覆氧化铝陶瓷和制备 涂层 碳纤维增强铝基复合材料预制丝的连续工艺。采用了 IR 、 、 、 等手段对溶胶凝胶产物、涂层纤维、碳纤维增强铝预制丝进行了分析表征。 T G D TA XRD SEM 结果表明: 涂层有效的阻止了氧分子渗入, 与原纤维相比, 涂层纤维的耐高温性能明显提 A l2O 3 高。涂层后纤维与熔融铝的润湿性和相容性明显改善, 涂层有效的阻止了碳铝界面反应, 使预制 丝强度明显提高。 关键词　溶胶, 凝胶, 碳纤维, 三氧化二铝, 碳铝预制丝 中图分类号　TB 33 1 　　碳纤维因具有比重小, 强度高, 模量高, 导热, 导电, 耐磨, 耐化学腐蚀等一系列优异性能, 而被迅速应用于生物材料, 航空, 航天等高技术领域。但由于碳纤维与金属基体间存在一系列 界面问题: 如界面润湿性差, 化学、物理相容性差, 且碳纤维在制备复合材料的工艺过程中易受 热氧化而导致力学性能的降低, 因而使碳纤维金属基复合材料仍处于探索研制中, 离大规模 实用化尚有一段距离。本文以溶胶凝胶法在碳纤维上涂覆 2 3 陶瓷涂层, 以提高碳纤维的 A l O 耐高温抗氧化性能, 改善碳纤维与金属基体间的热膨胀系数的匹配, 增进它们间的界面结合性 与相容性, 利用氧化物的化学稳定性来阻止纤维与金属基体界面有害的反应, 从而降低铝基复 合材料的成本, 普及碳纤维在金属基复合材料工业中的应用。 1　实验部分 1. 1　 溶胶的制备 A l2O 3 　　将异丙醇铝和乙酰丙酮分别溶于异丙醇中, 往异丙醇铝溶液中逐滴滴入计量的乙酰丙酮 溶液, 并不断搅拌, 使之化学改性。然后往改性的异丙醇铝溶液中逐滴滴入用异丙醇稀释的二 次蒸镏去离子水, 使异丙醇铝逐步水解, 再加入HN O 3 胶溶水解反应中所产生的共沉积物, 使 PH 值在4. 5 以下老化一段时间生成澄清透明的A l2O 3 溶胶。 1. 2　碳纤维表面处理连续工艺 　　研究中采用日本产3000根束 300碳纤维, 密度1. 8 3 , 拉伸强度3520 ±260 。在步 T g cm M P a 进电机调速系统驱动下, 纤维束以恒速运动。首先经过去胶炉于650 ℃下除去商品碳纤维表面 　　收修改稿、初稿 日期: © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第　1　期 曾庆冰: 溶胶凝胶法A l O 涂层碳纤维增强铝基复合材料的研制 69