本發明涉及一種復合材料，具體涉及一種碳纖維增強鎂基復合材料、制備系統及方法。屬于冶金復合材料技術領域。

背景技術：

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

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

倘若能將碳纖維與鎂的優點結合，必能促進其在各種高精尖領域的發展，但是，鎂與碳纖維結合性并不理想，影響了所得復合材料的力學性能和抗熱沖擊性能，限制了其應用領域。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種碳纖維增強鎂基復合材料。

本發明還提供了該種碳纖維增強鎂基復合材料的制備系統及方法。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種碳纖維增強鎂基復合材料，以質量百分比計，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。

進一步優選的，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。

優選的，所述碳纖維為T300或T700宇航級。

上述的一種碳纖維增強鎂基復合材料的制備系統，包括依次連接的混料裝置、球磨罐、壓制成型裝置和燒結爐，混料裝置的進料口分別與碳纖維預處理裝置和進料裝置連接；所述的碳纖維預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。

優選的，所述的混料裝置、球磨罐、壓制成型裝置和燒結爐，相鄰的裝置之間分別設有傳送物料的傳料帶。

優選的，所述混料裝置為混料機。

優選的，所述球磨罐由球磨機驅動球磨。

優選的，所述壓制成型裝置為粉末成型機。

優選的，所述進料裝置為進料漏斗。

優選的，所述浸漬槽中盛有丙酮。

優選的，所述清洗池的上方設有噴淋去離子水的若干個噴淋頭。

優選的，所述烘干裝置為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強鎂基復合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預處理：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℃，然后送入浸漬槽內利用丙酮浸泡2小時，轉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進料裝置加入到混料裝置，然后將步驟(1)預處理后的碳纖維轉移至混料裝置，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐，將球磨罐置于球磨機上，進行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時間為20～30分鐘，得細粉；

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

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

本發明的有益效果：

本發明以鎂為主，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，球磨處理得細粉，然后壓制成型得到坯材，最后燒結得到碳纖維增強鎂基復合材料。

經測試，本發明的復合材料拉伸強度170MPa以上，彎曲強度和壓縮強度在210MPa以上，在2100℃有氧環境下質量損失僅為10^-5g/cm²s量級，具有力學性能好和抗熱沖擊性能佳等優點。

本發明的制備系統結構簡單，可實現連續生產，大大提高了生產效率。

附圖說明

圖1是本發明的制備系統結構示意圖；

其中，1為碳纖維預處理裝置，2為混料裝置，3為球磨罐，4為壓制成型裝置，5為燒結爐，6為進料裝置，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。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發明，并不對其內容進行限定。

實施例1：

一種碳纖維增強鎂基復合材料，以質量百分比計，是由以下組分制成的：碳纖維(T300宇航級)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鎂基復合材料的制備系統，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結爐5，混料裝置2的進料口分別與碳纖維預處理裝置1和進料裝置6連接；所述的碳纖維預處理裝置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和燒結爐5，相鄰的裝置之間分別設有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機。球磨罐3由球磨機驅動球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機。進料裝置6為進料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設有噴淋去離子水的若干個噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強鎂基復合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預處理：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內利用丙酮浸泡2小時，轉移至清洗池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進料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預處理后的碳纖維轉移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機上，進行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時間為20分鐘，得細粉；

(4)將細粉送入壓制成型裝置4，在600MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

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

實施例2：

一種碳纖維增強鎂基復合材料，以質量百分比計，是由以下組分制成的：碳纖維(T700宇航級)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鎂基復合材料的制備系統，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結爐5，混料裝置2的進料口分別與碳纖維預處理裝置1和進料裝置6連接；所述的碳纖維預處理裝置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和燒結爐5，相鄰的裝置之間分別設有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機。球磨罐3由球磨機驅動球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機。進料裝置6為進料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設有噴淋去離子水的若干個噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強鎂基復合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預處理：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內利用丙酮浸泡2小時，轉移至清洗池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進料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預處理后的碳纖維轉移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機上，進行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時間為30分鐘，得細粉；

(4)將細粉送入壓制成型裝置4，在800MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

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

實施例3：

一種碳纖維增強鎂基復合材料，以質量百分比計，是由以下組分制成的：碳纖維(T300宇航級)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鎂基復合材料的制備系統，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結爐5，混料裝置2的進料口分別與碳纖維預處理裝置1和進料裝置6連接；所述的碳纖維預處理裝置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和燒結爐5，相鄰的裝置之間分別設有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機。球磨罐3由球磨機驅動球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機。進料裝置6為進料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設有噴淋去離子水的若干個噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強鎂基復合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預處理：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內利用丙酮浸泡2小時，轉移至清洗池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進料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預處理后的碳纖維轉移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機上，進行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時間為20分鐘，得細粉；

(4)將細粉送入壓制成型裝置4，在600MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

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

實施例4：

一種碳纖維增強鎂基復合材料，以質量百分比計，是由以下組分制成的：碳纖維(T700宇航級)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鎂基復合材料的制備系統，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結爐5，混料裝置2的進料口分別與碳纖維預處理裝置1和進料裝置6連接；所述的碳纖維預處理裝置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和燒結爐5，相鄰的裝置之間分別設有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機。球磨罐3由球磨機驅動球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機。進料裝置6為進料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設有噴淋去離子水的若干個噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強鎂基復合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預處理：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內利用丙酮浸泡2小時，轉移至清洗池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進料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預處理后的碳纖維轉移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機上，進行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時間為30分鐘，得細粉；

(4)將細粉送入壓制成型裝置4，在800MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

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

實施例5：

一種碳纖維增強鎂基復合材料，以質量百分比計，是由以下組分制成的：碳纖維(T700宇航級)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鎂基復合材料的制備系統，包括依次連接的混料裝置2、球磨罐3、壓制成型裝置4和燒結爐5，混料裝置2的進料口分別與碳纖維預處理裝置1和進料裝置6連接；所述的碳纖維預處理裝置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和燒結爐5，相鄰的裝置之間分別設有傳送物料的傳料帶。

其中，混料裝置2為混料機。球磨罐3由球磨機驅動球磨。壓制成型裝置4為粉末成型機。進料裝置6為進料漏斗。浸漬槽12中盛有丙酮。清洗池13的上方設有噴淋去離子水的若干個噴淋頭15。烘干裝置14為真空干燥箱。

上述的一種碳纖維增強鎂基復合材料的制備方法，包括步驟：

(1)碳纖維的預處理：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內利用丙酮浸泡2小時，轉移至清洗池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進料裝置6加入到混料裝置2，然后將步驟(1)預處理后的碳纖維轉移至混料裝置2，將所有物料混合均勻；

(3)送入球磨罐3，將球磨罐3置于球磨機上，進行球磨，球磨速度為400r/min，球磨時間為25分鐘，得細粉；

(4)將細粉送入壓制成型裝置4，在700MPa的壓力下壓制成型，得坯材；

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

試驗例

對實施例1～5的復合材料進行性能測試，分別采用萬能試驗機測試材料的拉伸輕度、彎曲強度和壓縮強度，并在2100℃有氧環境下測試質量損失率，結果見表1。

表1.性能測試結果

從表1可以看出，本發明的復合材料拉伸強度170MPa以上，彎曲強度和壓縮強度在210MPa以上，在2100℃有氧環境下質量損失僅為10^-5g/cm²s量級，具有力學性能好和抗熱沖擊性能佳等優點。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。