专利名称：麻纤维织物结构遗态c/金属复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种麻 纤维织物结构遗态C/金属复合材料的制备方法。
背景技术：
目前，公知的具有遗态结构的C/金属复合材料的技术有1)材料导报[J]， 2006(10) :5-7刊登的《遗态材料的研究理念和研究进展》；2)化学进展[J]，2008，20 (6) 989-1000刊登的《生物模板法制备木材陶瓷》；3) 2004年中国材料研讨会论文摘要集[C]， 2004 421刊登的铝合金/木质陶瓷复合材料的制备与力学性能研究；4)专利《生态陶瓷、 金属复合材料的制备方法》(专利号ZL02137503. 8，公开号CN1403620,
公开日2003. 3. 19)。 5)专利《摩擦复合材料的制备方法》(专利号ZL02137504. 6，公开号CN1403527，公开 日2003.03. 19) ；6)专利《麻纤维遗态结构C/Sn或C/A1复合材料的制备方法》申请号 200810231642. 7，公开号 CN101381855,
公开日
2009. 03. 11)。以上公开的技术主要以木、竹、麻、秸秆、生物矿物等天然生物材料为生物模板制 备遗态结构C/金属复合材料，没有从人为改善或重构生物模板结构的角度，构造即具有 “可设计性”结构的生物模板材料，制备出满足人们不同结构性能需求的遗态C/金属复合材 料。而麻纤维织物以其良好的可设计性、高的有序度、稳定的尺寸、易于成型及麻纤维生物 自身的强度高、吸湿性好、导热性强等优点还没有被用作制备遗态结构C/金属复合材料的 生物模板。因此，研究和开发具有“可设计性”的麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料，不 仅使所制备的遗态材料，在结构上遗传了麻纤维织物人为制造的排布方式和排布结构及麻 纤维生物自身的多层次、多维的本征精细结构，改善了遗态结构C/金属复合材料的组织均 勻性和一致性，而且又赋予了其新的功能。使其具有质轻、消振、吸音、减摩耐磨和电磁屏蔽 性好的特点，从而扩展其应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料的制备方法， 解决了现有的制备方法无法从人为改善或重构生物模板结构的角度，构造具有“可设计性” 结构的生物模板材料，制备出满足人们不同结构性能需求的遗态C/金属复合材料的问题。本发明所采用的技术方案是，一种麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料的制备 方法，具体按照以下步骤实施步骤1 制备麻纤维织物模板，包括制备织物组织结构麻纤维织物模板或制备交 替组织结构麻纤维织物模板；步骤2 将步骤1制备的麻纤维织物模板置于真空热压炉中，在真空或在惰性气体 保护气氛下，以3-20°C /min的升温速率升温至500-1800°C，保温l_10h，炉冷或温控冷却， 得到遗态C基模板；步骤3 将步骤1制备的麻纤维织物模板与金属混合放入浸渗装置内，或将步骤2制备的遗态C基模板与金属混合放入浸渗装置内，将浸渗装置置于真空炉中，采用真空压 力浸渗或无压自发浸渗，以3-20°C /min的升温速率升温至250-1100°C，保温l_10h，制备得 到麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料。本发明的特征还在于，其中的步骤1中制备织物组织结构麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取 麻纤维织物，采用自然浸渍或超声浸渍热固性树脂后，采用叠层方式将麻纤维织物叠成220 层布块，将布块热压成型后固化，得到织物组织结构麻纤维织物模板。其中的步骤1中制备交替组织结构麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取 两种或两种以上组织结构的同一种麻纤维织物，采用自然浸渍或超声浸渍热固性树脂后， 采用交替叠层方式将麻纤维织物叠成2-20层布块，将布块热压成型后固化，得到交替组织 结构麻纤维织物模板。其中的麻纤维织物选用苎麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维中的一种。其中的热固性树脂选用酚醛树脂、环氧树脂或呋喃树脂中的一种。其中的将布块热压成型后固化，热压温度100-150°C，压强0. 5MPa-10MPa，热压时 间 0.5-5h。其中的步骤3中采用真空压力浸渗，真空度为1 X 10^-1 X 10_3Pa，压强为0. 01-0. 1 个大气压。其中的步骤3中采用无压自发浸渗，真空度为lXlC^-lXlO^a。本发明方法的有益效果是，利用结构“可设计性”好的麻纤维织物为生物模板，通 过制备不同组织结构的模板材料，向其中的生物孔隙或织物间隙中浸渗导电导热塑性好的 金属及其合金，如Al、Sn、Cu、Mg等金属及其合金，制备出了具有不同组织结构的麻纤维织 物遗态C/金属复合材料。(1)采用麻纤维织物为生物模板制备遗态C/金属复合材料，不仅遗传了生物自身 多层次、多维的本征精细结构，而且遗传了麻纤维织物人为制造的网格交叉结构，从而赋予 了遗态结构C/金属复合材料新的结构特性。(2)金属相的介入，不仅提高了 C基模板的导电、导热、韧性，而且还与C基体界面 发生了良好的连续性结合，从而赋予了遗态C/金属复合材料新的功能特性。(3)制备得到的麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料，具有质轻，消振、吸音、减 摩耐磨和电磁屏蔽性好的特点，应用前景更加广阔。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料的制备方法，具体按照以下步骤进 行步骤1 制备麻纤维织物模板，包括制备织物组织结构麻纤维织物模板或制备交 替组织结构麻纤维织物模板，制备织物组织结构麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取市购或采用现有 织造技术制备的织物组织结构麻纤维织物，采用自然浸渍或超声浸渍热固性树脂后，采用 叠层方式将麻纤维布叠成2-20层布块，温度100-150°C、压强0. 5MPa-10MPa的条件下在模压机上热压0. 5-5h成型后固化，得到织物组织结构麻纤维织物模板；制备交替组织结构麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取不同组织结构的 麻纤维织物中的两种或多种，采用自然或超声浸渍热固性树脂后，采用交替叠层方式将麻 纤维织物叠成2-20层布块，温度100-150°C、压强0. 5MPa-10MPa的条件下在模压机上热压 0. 5-5h成型后固化，得到交替组织结构麻纤维织物模板；其中的麻纤维织物选用平纹、斜纹、针织或编织结构的苎麻纤维、亚麻纤维、大麻 纤维或剑麻纤维中的一种；热固性树脂选用酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂中的一种。步骤2 高温真空/惰性气体气氛碳化烧结将步骤1制备的麻纤维织物模板置于真空热压炉中，在真空或氮气、氩气等惰性 气体保护气氛下，以3-20°C /min的升温速率升温至500-1800°C，保温l_10h，炉冷或温控冷 却，得到具有不同织物结构的遗态C基模板；步骤3 真空浸渗熔融金属将步骤1制备的麻纤维织物模板与金属或金属合金粉或金属合金块混合放入自 制浸渗装置内，或将步骤2制备的不同织物结构的遗态C基模板与金属或金属合金粉或金 属合金块混合放入自制浸渗装置内，将浸渗装置置于真空炉中，以3-20°C /min的升温速率 升温至250-1100°C，保温l-10h，采用真空压力浸渗技术，真空度为1 X 10^-1 X 10_3Pa，压强 为0. 01-0. 1个大气压；或采用无压自发浸渗技术，真空度为1 X lO—i-l X 10_3Pa，制备出具有 不同麻纤维织物结构的遗态C/金属复合材料。实施例1取市购或采用现有织造技术自制备的平纹组织苎麻纤维布，采用自然浸渍酚醛树 脂24h后，采用叠层方式将苎麻纤维布叠成10层布块，在模压机上120°C、1. 5MPa压强下热 压lh成型后固化，得到平纹组织麻纤维织物模板。将制备的织物模板和A1合金粉放入自 制浸渗装置内，并置于真空炉中，采用真空压力浸渗技术，以3°C /min的升温速率，在670°C 下保温2h，真空度为IX lC^Pa，压强为0. 01个大气压，制备出具有苎麻纤维平纹织物结构 的遗态C/铝合金复合材料。实施例2取市购或采用现有织造技术自制备的斜纹组织亚麻纤维布，采用超声浸渍环氧树 脂2h后，采用叠层方式将麻纤维布叠成20层布块，在模压机上10(TC、2MPa压强下热压 0. 5h成型后固化，得到斜纹组织麻纤维织物模板。将制备的织物模板置于真空热压炉中，在 真空保护气氛下，以3°C /min的升温速率，在500°C下保温10h，3°C /min冷却，制备出具有 亚麻纤维斜纹组织的遗态C基模板。后将制备的C基模板表面涂覆Sn合金粉放入自制浸 渗装置内，并置于真空炉中，采用无压自发浸渗技术，以3°C /min的升温速率，在250°C下保 温lh，真空度为lX10_3Pa，制备出具有亚麻纤维斜纹织物结构的遗态C/锡合金复合材料。实施例3取市购或采用现有针织技术自制备的针织结构剑麻纤维织物，采用超声浸渍呋喃 树脂2h后，采用叠层方式将麻纤维布叠成15层布块，在模压机上120°C、0. 5MPa压强下热 压3h成型后固化，得到针织结构剑麻纤维织物模板。将制备的织物模板置于真空热压炉 中，在真空保护气氛下，以10°C /min的升温速率，在800°C下保温2h，炉冷，制备出具有针 织结构的遗态C基模板。后将制备的织物模板和镁铝合金粉放入自制浸渗装置内，并置于真空炉中，采用无压自发浸渗技术，以5°C /min的升温速率，在660°C下保温2h，真空度为 1 X 10_2Pa，制备出具有剑麻纤维针织结构的遗态C/铝镁合金复合材料。实施例4取市购或采用现有编织技术自制备的编织结构大麻纤维织物，采用超声浸渍环氧 树脂2h后，采用叠层方式将麻纤维布叠成20层布块，在模压机上10(TC、5MPa压强下热压 0. 5h成型后固化，得到编织大麻纤维织物模板。将制备的织物模板置于真空热压炉中，在 真空保护气氛下，以20°C /min的升温速率，在1800°C下保温lh，炉冷，制备出具麻纤维编 织结构的遗态C基模板。后将制备的C基模板和Cu合金粉放入自制浸渗装置内，并置于真 空炉中，采用真空压力浸渗技术，以20°C /min的升温速率，在1100°C下保温lh，真空度为 1 X 10_3Pa，压强为0. 01个大气压，制备出具有大麻纤维编织结构的遗态C/Cu合金复合材 料。实施例5取市购或采用现有织造技术自制备的平纹组织苎麻纤维布和斜纹苎麻纤维布，采 用超声浸渍酚醛树脂2h后，采用交替叠层方式将麻纤维布叠成10层布块，其中平纹组织和 斜纹组织各5层，在模压机上120°C、IMPa压强下热压2h成型后固化，得到交替结构苎麻纤 维织物模板。将制备的交替织物模板置于真空热压炉中，在真空保护气氛下，以5°C /min的 升温速率，在600°C下保温2h，炉冷，制备出具麻纤维交替结构的遗态C基模板。后将制备 的C基模板和A1合金粉放入自制浸渗装置内，并置于真空炉中，采用真空压力浸渗技术，以 5°C /min的升温速率，在670°C下保温2h，真空度为lXlO—Pa，压强为0. 1个大气压，制备 出具有苎麻纤维交替结构的遗态C/A1合金复合材料。采用本发明方法制备得到的麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料，具有质轻、消 振、吸音、减摩耐磨和电磁屏蔽性好的特点，提高了遗态陶瓷材料结构的“可设计性”，赋予 了遗态C/金属复合材料新的结构和功能特性，具有更广阔的应用前景。
权利要求
一种麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施步骤1制备麻纤维织物模板，包括制备织物组织结构麻纤维织物模板或制备交替组织结构麻纤维织物模板；步骤2将步骤1制备的麻纤维织物模板置于真空热压炉中，在真空或在惰性气体保护气氛下，以3-20℃/min的升温速率升温至500-1800℃，保温1-10h，炉冷或温控冷却，得到遗态C基模板；步骤3将步骤1制备的麻纤维织物模板与金属混合放入浸渗装置内，或将步骤2制备的遗态C基模板与金属混合放入浸渗装置内，将浸渗装置置于真空炉中，采用真空压力浸渗或无压自发浸渗，以3-20℃/min的升温速率升温至250-1100℃，保温1-10h，制备得到麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中制备织物组织结构麻 纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取麻纤维织物，采用自然浸渍或超声浸渍热固性树 脂后，采用叠层方式将麻纤维织物叠成2-20层布块，将布块热压成型后固化，得到织物组 织结构麻纤维织物模板。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中制备交替组织结构 麻纤维织物模板，具体按照以下步骤实施取两种或两种以上组织结构的同一种麻纤维织 物，采用自然浸渍或超声浸渍热固性树脂后，采用交替叠层方式将麻纤维织物叠成2-20层 布块，将布块热压成型后固化，得到交替组织结构麻纤维织物模板。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述的麻纤维织物选用苎麻纤 维、亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维中的一种。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述的热固性树脂选用酚醛树 月旨、环氧树脂或呋喃树脂中的一种。
6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述的将布块热压成型后固化， 热压温度100-150°C，压强0. 5MPa-10MPa，热压时间0. 5_5h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中采用真空压力浸渗， 真空度为IX ICT1-I X 10_3Pa，压强为0.01-0. 1个大气压。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中采用无压自发浸渗， 真空度为 ι χ IiT1-I X l(T3Pa。
全文摘要
本发明公开的一种麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料的制备方法，首先制备麻纤维织物模板，包括制备织物组织结构麻纤维织物模板或制备交替组织结构麻纤维织物模板，然后进行高温真空/惰性气体气氛碳化烧结，最后真空浸渗熔融金属。本发明制备方法制备得到的麻纤维织物结构遗态C/金属复合材料，具有质轻、消振、吸音、减摩耐磨和电磁屏蔽性好的特点，提高了遗态结构C/金属复合材料结构的“可设计性”，赋予了其新的结构和功能特性，具有更广阔的应用前景。
文档编号C22C47/10GK101838782SQ201010301408
公开日2010年9月22日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者付翀, 姜凤阳, 张金彦, 杨敏鸽, 王俊勃, 王琼, 申明乾, 贺辛亥 申请人:西安工程大学