碳纤维预浸布生产方法之铸造凝固成型法

沛达公司生产碳纤维预浸布时,常会用到铸造凝固成型法。铸造凝固成型法是沛达公司常用的几种方法之一。铸造凝固成型铸造复合材料具有工艺简单化、制品质量好等特点,工业应用较广泛。铸造凝固成型法中也有其细小的方法。

1、加压凝固铸造法
该法是将金属液浇注铸型后,加压使金属液在压力下凝固。金属从液态到凝固均处于高压下,故能充分浸渗,补缩并防止产生气孔,得到致密铸件。铸、锻相结合的方法又称挤压铸造、液态模锻、锻铸法等。加压凝固铸造法可制备较复杂的MMCs零件,亦可局部增强。由于复合材料易在熔融状态下压力复合,故结合十分牢固,可获得力学性能很高的零件。这种高温下制成的复合坯,二次成型比较方便,可进行各种热处理,达到对材料的多种要求。

2、原生铸造复合法
原生铸造复合法(也称液相接触反应合成技术Liquid Contact Reaction:LCR)是将生产强化颗粒的原料加到熔融基体金属中,利用高温下的化学反应强化相,然后通过浇铸成形。这种工艺的特点是颗粒与基体材料之间的结合状态良好,颗粒细小(0.25~1.5μm),均匀弥散,含量可高达40%,故能获得高性能复合材料。常用的元素粉末有钛、碳、硼等,化合物粉末有Al2O3、TiO2、B2O3等。该方法可用于制备A1基、Mg基、Cu基、Ti基、Fe基、Ni基复合材料,强化相可以是硼化物、碳化物、氮化物等。

3、半固态复合铸造法
半固态复合铸造法是从半固态铸造法发展而来的。通常金属凝固时,初生晶以枝晶方式长大,固相率达0.2%左右时枝晶就形成连续网络骨架,失去宏观流动性。如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌则使树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态,悬浮于剩余液相中,这种颗粒状非枝晶的微组织在固相率达0.5%~0.6%仍具有一定的流变性。液固相共存的半固态合金因具有流变性,可以进行流变铸造;半固态浆液同时具有触变性,可将流变铸锭重新加热到固、液相变点软化,由于压铸时浇口处及型壁的剪切作用,可恢复流变性而充满铸型。强化颗粒或短纤维强化材料加入到受强烈搅拌的半固态合金中,由于半固态浆液球状碎晶粒对添加颗粒的分散和捕捉作用,既防止颗粒的凝聚和偏析,又使颗粒在浆液中均匀分布,改善了润湿性并促进界面的结合。

4、真空铸造法
真空铸造法是先将连续纤维缠绕在绕线机上,用聚甲丙烯酸等能分解的有机高分子化合物方法制成半固化带,把预成型体放入铸型中,加热到500℃使有机高分子分解。铸型的一端浸入基体金属液,另一端抽真空,将金属液吸入型腔浸透纤维。

5、离心铸造法
广泛应用于空心件铸造成形的离心铸造法,可以通过两次铸造成型法成形双金属层状复合材料,此方法简单,具有成本低、铸件致密度高等优点,但是界面质量不易控制,难以形成连续长尺寸的复合材料。

6、搅拌铸造法
搅拌铸造法也称掺和铸造法等,是在熔化金属中加入陶瓷颗粒,经均匀搅拌后浇入铸模中获得制品或二次加工坯料,此法易于实现能大批量生成,成本较低。该方法在铝基复合材料的制备方面应用较广,但其主要缺点是基体金属与强化颗粒的组合受限制。原因有两方面:①强化颗粒与熔体基本金属之间容易产生化学反应;②强化颗粒不易均匀分散在铝合金一类的合金熔体中,这是由于陶瓷颗粒与铝合金的润滑性较差,另一个问题是陶瓷颗粒容易与溶质原子一起在枝晶间产生偏析。

7、热浸镀与反向凝固法
热浸镀与反向凝固法都是用来制备连续长尺寸包覆材料的方法。热浸镀主要用于线材的连续镀层,主要控制通过镀层区的长度和芯线通过该区的速度等。反向凝固法是利用薄带作为母带,以一定的拉速穿过反向凝固器,由于母带的速度远远低于熔融金属的速度,在母带的表面附近形成足够大的过冷度,熔融金属以母带表面开始凝固生长,配置在反向凝固器上方的一对轧辊,同时起到拉坯平整和焊合的作用。

8、含浸凝固法(MI技术)
含浸凝固法是一种将预先制备的含有较高孔隙率的强化相成形体含浸于熔融基体金属之中,让基体金属浸透预成型体后,使其凝固以制备复合材料的方法。有加压含浸和非加压含浸两种方法。含浸法适合于强化相与熔融基体金属之间润湿性很差的复合材料的制备。强化相含量可高达30%~80%;强化相与熔融金属之间的反应得到抑止,不易产生偏折。但用颗粒作强化相时,预成形体的制备较困难,通常采用晶须、短纤维制备预成形体。熔体金属不易浸透至预成形体的内部,大尺寸复合材料的制备较困难。

沛达公司通过铸造凝固成型法生产的碳纤维预浸布,处于国内领先行列。同时,得到客户的一致赞同。


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