专利名称：复合丝的超声制备工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明系属于复合材料领域，即提供了一种制取碳(石墨)/有色金属复合丝的工艺方法及其装置。
目前人们制取碳(石墨)铝及其它复合丝普遍采用化学气相沉积或电镀等方法予先在碳(石墨)纤维表面形成一个中间层，改善与液态铝的润湿性能和阻止高温下碳(石墨)与铝之间的化学反应[1]，从而可以制成碳(石墨)-铝复合丝。但是，上述工艺方法复杂，成本较高，涂层所起的作用也并不十分理想，因此碳(石墨)/铝复合材料一直未得到很好开发和应用。虽然文献[2]提到了采用超声设备来制取具有良好耐氧化性能的碳化硅/铝复合丝[2]，但却没有公开该工艺的技术问题，而且碳化硅纤维每束仅为500根。到目前为止，尚无报导用超声设备制取每束多于500根的碳(石墨)/铝的复合丝。
本发明的目的是要提供一种不采用涂层而直接制取碳(石墨/有色金属复合丝的超声制备工艺及其装置。
本发明所提供的超声制备原理是采用超声波发生器做能源，由它产生一个具有一定功率的电讯号，其工作频率与换能器相匹配，然后把超声波引入有色金属熔池，熔液中产生许多微气泡，微气泡又不仃地生长闭合，在完全闭合时，就会产生自中心向外的具有巨大压力的微骇波，这种带有几干个大气压力的液流冲击、清洗，并通过有色金属熔液的碳(石墨)纤维表面，该液流还使纤维和有色金属熔液界面加速相互分散并产生高速的微冲流生成空化的乳化作用和搅拌作用，使有色金属液充分浸渗到每根纤维上，从而制成碳(石墨)/有色金属复合丝。
本发明所提供超声装置的主要特征是由超声发生器、丝的传送和复合丝的制备三个部分组成。超声发生部分系指可调频率范围为15-22千赫，阻抗为500-700Ω的超声波发生器;送丝部分是由送丝轮、导向轮、绕丝轮组成;制备部分是由熔炼炉和具有冷却水套、频率匹配片、钛合金变幅杆的换能器组成。超声制备工艺的主要特征是采用碳纤维或石墨和工业纯有色金属为原料。制取复合丝时将有色金属加热到高于其熔点30-60K的温度下，超声波发生器工作频率范围为15-22千赫，阻抗为500-700Ω，同时，调整频率与压电晶体换能器相匹配，然后将绕在绕丝轮的纤维通过穿丝孔，固定在绕丝轮上，在绕丝轮的驱动下，纤维丝以1.5-2.5米/秒的速度通过有色金属熔池，在超声波的作用下制成复合丝，最后收集到绕丝轮上。
下面结合附图给出本发明所提供的实施例1，一种碳/铝复合丝的超声制备工艺和装置。
附
图1为复合丝超声制备装置的全貌图。
附图2为本发明所提供的换能器全貌图。
本发明所提供的超声设备是由超声波发生器1、引线2、送丝轮3、导向轮4、熔炼炉6、换能器7、控制器8、绕丝轮9组成。其中换能器是实现制备复合丝的关键，它由连接紧固中心轴10、匹配块11、压电陶瓷片12、电极板13、密封圈14、耦合块15、冷却水套管16、频率匹配片17、水套18、钛合金变幅杆19组成，靠紧固中心轴上、下端的螺纹，将换能器中的所有零件纵向排列连接在一起。
当制取碳一铝复合丝时，首先准备每束1000、2000、3000根直径7μm、强度为2000-2400MPa、模量为200GMa的国产碳纤维和工业纯铝，然后把纯铝在电阻丝炉中加热至970K，再将超声波发生器1工作频率范围调至与换能器匹配频率，屏极电流调至300毫安，阻抗为600Ω。在送丝轮2的驱动下使纤维5以2米/分的速度由送丝轮经导向轮将丝通过铝熔池6中，在超声波发生器和换能器7的作用下制成碳-铝复合丝，然后由控制器8的控制将复合丝收集到绕丝轮9上。
实施例2 一种石墨-铝复合丝的制取1、采用日本产M40石墨纤维，每束3000根;
2、将铝加热至980K;
3、超声波发生器接通220伏电源，频率调至与换能器匹配，屏极电流调至300毫安;
4、纤维通过铝熔池，接通绕丝轮电源，并以1.5米/分速度连续拉制出石墨-铝复合丝。
实施例3 一种碳-锌复合丝的制取1、采用国产碳纤维、每束100根;
2、将锌加热到635K;
3、超声波发生器接通220伏电源，频率调至与换能器匹配，屏极电流调至300毫安;
4、纤维通过锌熔池，接通绕丝轮电源，并以2米/分速度连续拉制出碳-锌复合丝。
采用上述工艺制取的复合丝，碳-铝、复合丝强度为1000-1200MPa，碳-锌、复合丝强度为800-900MPa，石墨-铝复合丝强度为800-1000MPa。附图3是不同放大倍数复合丝断口形貌。
综上所述，可以看出，由本发明所提供的工艺方法和超声设备所获得无中间过渡层的复合丝，其成本低，效率高，制出的复合丝具有高强度。
参考文献[1]M.F.Amateacc.，Progress in the Development of Graphite composite Using lqud Infiltraton Technology，J of canposite Materials october 1976，Vol.10.黄大暾、杨德明等，超声液态浸渗法制备碳化硅增强铝予制丝，材料工程1989，3。
权利要求
1.一种复合丝的超声制备工艺，其特征在于(1)选用碳或石墨纤维束丝和工业纯有色金属为原料；(2)将有色金属加热到高于其熔点30-60K的温度下；(3)将超声波发生器阻抗调到500-700Ω，工作频率调至为与换能器相匹配的15-22千赫，然后将纤维丝以1.5-2.5米/秒的速度通过有色金属熔池，最后收集到绕丝轮上。
2.一种专门用于权利要求1所述的制备工艺的超声装置，其特征在于它由频率发生器、传送及制备三部分组成，频率发生器系指可调频率范围为15-22千赫，阻抗为500-700Ω的超声波发生器;送丝部分是由送丝轮、导向轮、绕丝轮组成;制备部分是由熔炼炉和具有冷却水套，频率匹配片、钛合金变幅杆的换能器组成。
3.按照权利要求2所术的超声装置，其特征在于冷却水套包覆在换能器的外壁上。
4.按照权利要求2所述的超声装置，其特征在于频率匹配片位于耦合块和变幅杆之间。
全文摘要
一种复合丝的超声制备工艺及其设备，本发明系属于复合材料领域。其主要特征是采用超声波发生器做能源，通过丝的传送机构将丝送经有色金属熔池，在超声波的作用下直接制成碳(石墨)/有色金属复合丝。
文档编号C23C2/32GK1057299SQ9010514
公开日1991年12月25日 申请日期1990年6月9日 优先权日1990年6月9日
发明者隋全武, 唐风军, 郭树启 申请人:中国科学院金属研究所