碳纤维布增强镍基复合材料薄板的PS制备方法研究

论文摘要

本文以等离子喷涂方法为主要工艺,以1K聚丙烯腈纤维编制成的有纬平纹碳纤维织物作为增强体,利用化学镀的方法对纤维表面进行处理,通过等离子喷涂方法在增强体双侧表面喷涂Ni基合金,粉料为纯的Ni的微米级粒度粉,再经过真空热压、热处理等致密化工艺制备出了碳纤维增强镍基复合材料。为增加镍金属与碳纤维的浸润性,阻止二者发生反应,采用了化学镀对碳纤维进行表面防护处理,对化学镀的前处理工艺和镀液配方进行了系统研究。采用热失重分析方法,找到了合适的碳纤维去胶温度(450℃);采用X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)分别对不同粗化条件的碳纤维表面的官能团进行分析,并选取了合适的粗化条件(过硫酸铵粗化液粗化2小时)。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、高温拉伸试验等手段对制备出的碳纤维增强镍基复合材料的微观组织结构、高温拉伸性能进行了研究。结果表明,材料的拉伸性能很大程度取决于基体材料的力学性能,当热压温度为1100℃时,材料的拉伸性能很差,而当热压温度为1200℃时,材料的常温拉伸性能有了明显的提高,而它们的主要区别在于基体材料是否充分致密化。但制得的所有材料的高温拉伸性能都不理想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 碳纤维增强镍基复合材料
• 1.2.1 碳纤维及碳纤维织物的种类
• 1.2.2 镍及镍合金
• 1.2.3 碳纤维增强金属基材料
• 1.2.4 强化机理
• 1.3 材料的制备及存在的问题
• 1.3.1 碳纤维表面处理
• 1.3.2 等离子喷涂
• 1.3.3 热压处理
• 1.3.4 存在问题
• 1.4 本课题研究的内容及意义
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 增强材料和基体材料
• 2.1.2 试验所用化学试剂
• 2.2 碳纤维表面处理
• 2.2.1 碳纤维化学镀镍前的处理
• 2.2.2 化学镀镍配方的研究
• 2.3 碳纤维增强镍基复合材料制备过程
• 2.3.1 等离子喷涂
• 2.3.2 热压
• 2.3.3 热处理
• 2.4 材料试样的分析测试方法
• 2.4.1 扫描电子显微镜观察
• 2.4.2 X射线光电子能谱分析
• 2.4.3 热重分析
• 2.4.4 材料的拉伸强度试验
• 2.4.5 高温拉伸强度试验
• 第3章 碳纤维的表面处理
• 3.1 引言
• 3.2 化学镀镍的原理及影响因素
• 3.2.1 化学镀镍原理
• 3.2.2 影响因素
• 3.3 碳纤维的去胶处理
• 3.4 粗化后碳纤维表面的组分分析
• 3.4.1 XPS定量分析
• 3.4.2 实验结果
• 3.5 粗化后碳纤维表面官能团分析
• 3.5.1 XPS分析
• 3.5.2 傅里叶红外光谱分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 碳纤维增强镍基复合材料的制备
• 4.1 基本制备流程
• 4.2 化学镀镍
• 4.3 等离子喷涂
• 4.3.1 喷涂粉末的选择
• 4.3.2 等离子喷涂工艺参数的选择
• 4.3.3 喷涂工序
• 4.4 真空热压
• 4.5 热处理
• 4.6 本章小结
• 第5章 复合材料的组成、结构及性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 化学镀碳纤维的形貌及成份
• 5.3 复合材料的力学性能分析
• 5.3.1 材料的常温拉伸性能测试
• 5.3.2 材料的高温拉伸性能测试
• 5.3.3 拉伸断口
• 5.4 样品的SEM观察
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢