一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備與工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備與工藝，涉及金屬材料領(lǐng)域，以解決現(xiàn)有長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合材料性能差的問(wèn)題。一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備，包括碳纖維放線及預(yù)緊裝置、導(dǎo)向輪、碳纖維放線裝置支架、碳纖維位置矯正裝置、碳纖維保護(hù)管、碳纖維位置矯正裝置支架、金屬控溫爐、機(jī)架、結(jié)晶器、下端碳纖維固定及位置矯正裝置和引錠機(jī)構(gòu)；所述工藝包括如下步驟：放線穿線、金屬熔化、牽引復(fù)合。本發(fā)明實(shí)施例用以提供一種生產(chǎn)高性能長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄的設(shè)備及工藝。
【專利說(shuō)明】一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備與工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，特別是指一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備與工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]隨現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)材料性能提出了更高的要求，往往希望材料具有某些特殊性能的同時(shí)，又具備良好的綜合性能。傳統(tǒng)的單一材料已經(jīng)很難滿足這種需要。因此，人們將注意力轉(zhuǎn)向復(fù)合材料，復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上成分不同，性質(zhì)不同，有時(shí)形狀也不同的相容性材料以物理方式合理的進(jìn)行復(fù)合而制成的一種材料。其以最大限度的發(fā)揮各種材料的特長(zhǎng)，并賦予單一材料所不具備的優(yōu)良性能，復(fù)合材料的性能還具有可設(shè)計(jì)性的重要特征。
[0003]金屬基復(fù)合材料相對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料來(lái)說(shuō)，具有較高的比強(qiáng)度和比剛度；與樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和耐熱性；與陶瓷基材料相比，具有高韌性和高沖擊性能。
[0004]用鑄造法制備金屬基復(fù)合材料，工藝比較簡(jiǎn)單，制品質(zhì)量也較好，所以受到普遍的關(guān)注，鑄造法中包括熔體攪拌鑄造法、液相浸滲法和共噴射法等。同時(shí)，采用連鑄技術(shù)簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，提高金屬的收得率，節(jié)約能量消耗，改善勞動(dòng)條件，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，鑄坯質(zhì)量好。
[0005]碳纖維是纖維狀的碳材料，由有機(jī)纖維原絲在1000°C以上的高溫下碳化形成，且含碳量在90%以上的高性能纖維材料。碳纖維主要具備以下特性:
[0006](I)密度小、質(zhì)量輕，碳纖維的密度為1.5-2g/cm3，相當(dāng)于鋼密度的1/4、鋁合金密度 1/2 ；
[0007](2)強(qiáng)度、彈性模量高，其強(qiáng)度比鋼大4-5倍；
[0008](3)熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降，耐驟冷、急熱，即使從幾千攝氏度的高溫突然降到常溫也不會(huì)炸裂；
[0009](4)摩擦系數(shù)小，并具有潤(rùn)滑性；
[0010](5)導(dǎo)電性好，25°C時(shí)高模量為775 μ Ω/cm，高強(qiáng)度碳纖維為1500 μ Ω /cm ；
[0011](6)耐高溫和低溫性好，在3000°C非氧化氣氛下不熔化、不軟化，在液氮溫度下依舊很柔軟，也不脆化；
[0012](7)耐酸性好，對(duì)酸呈惰性，能耐濃鹽酸、磷酸、硫酸等侵蝕。除此之外，碳纖維還具有耐油、抗輻射的特性。
[0013]制造碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要技術(shù)難點(diǎn)是碳纖維的表面涂層，以防止在復(fù)合過(guò)程中損傷碳纖維，從而使復(fù)合材料的整體性能下降。目前，在制備碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料時(shí)碳纖維的表面改性主要采用氣相沉積、液鈉法等，但因其過(guò)程復(fù)雜、成本高，限制了碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。
[0014]名稱為“一種雙金屬包長(zhǎng)碳纖維復(fù)合材料壓力充芯連鑄設(shè)備與工藝”、申請(qǐng)?zhí)枮椤?01210100221.7”的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種通過(guò)充芯連鑄工藝制備內(nèi)層金屬在內(nèi)層金屬控溫爐中熔化和保溫，通過(guò)充芯管填充到已凝固的外層金屬管內(nèi)孔和其中有一束長(zhǎng)碳纖維之中，與內(nèi)層金屬和碳纖維融合和凝固成復(fù)合材料。但該方法僅能制造單束增強(qiáng)的雙金屬包覆復(fù)合材料，不能制備多束增強(qiáng)及具備后加工能力的鑄態(tài)坯料，同時(shí)不能制備碳纖維增強(qiáng)金屬管材、扁排。在碳纖維增強(qiáng)材料的位置精度控制上較差，沒(méi)有較精確地位置矯正裝置。由于碳纖維與部分金屬存在反應(yīng)，在沒(méi)有保護(hù)套管的情況下反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)溫度高，影響增強(qiáng)效果，同時(shí)采用單束增強(qiáng)，使增強(qiáng)效果較差，不如多束增強(qiáng)及編制增強(qiáng)效果明顯。部分金屬與碳纖維不發(fā)生反應(yīng)，但界面潤(rùn)濕性很差，影響結(jié)合強(qiáng)度，加裝超聲波裝置可以有較增強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備與工藝，以解決現(xiàn)有長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合材料性能差的問(wèn)題。
[0016]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備，包括碳纖維放線及預(yù)緊裝置、導(dǎo)向輪、碳纖維放線裝置支架、碳纖維位置矯正裝置、碳纖維保護(hù)管、碳纖維位置矯正裝置支架、金屬控溫爐、機(jī)架、結(jié)晶器、下端碳纖維固定及位置矯正裝置和引錠機(jī)構(gòu)；
[0017]所述導(dǎo)向輪、所述碳纖維位置矯正裝置、所述碳纖維保護(hù)管和所述下端碳纖維固定及位置矯正裝置位于設(shè)備的中軸線上，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置和所述導(dǎo)向輪通過(guò)所述碳纖維放線裝置支架固定在所述機(jī)架上位于設(shè)備頂端；
[0018]所述碳纖維位置矯正裝置下側(cè)與所述碳纖維保護(hù)管連接，且通過(guò)所述碳纖維位置矯正裝置支架固定在所述金屬控溫爐上側(cè)，所述金屬控溫爐固定在所述機(jī)架上側(cè)，所述金屬控溫爐內(nèi)設(shè)有用于盛放金屬原料的漏斗狀坩禍，所述碳纖維保護(hù)管底端插設(shè)在所述坩禍內(nèi)，所述坩禍內(nèi)設(shè)有金屬測(cè)溫儀；
[0019]所述坩禍下端外側(cè)設(shè)有結(jié)晶器，所述結(jié)晶器固定在所述機(jī)架下側(cè)，所述結(jié)晶器裝配結(jié)晶器測(cè)溫儀，所述坩禍的下端口處設(shè)有固定在所述引錠機(jī)構(gòu)上的下端碳纖維固定及位置矯正裝置，所述引錠機(jī)構(gòu)與所述機(jī)架可相對(duì)滑動(dòng)連接。
[0020]其中，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置與所述導(dǎo)向輪之間設(shè)有編織機(jī)構(gòu)。
[0021]其中，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置與所述下端碳纖維固定及位置矯正裝置的材質(zhì)均為不銹鋼，所述碳纖維保護(hù)管的材質(zhì)為45鋼或不銹鋼或陶瓷。
[0022]其中，所述坩禍為金屬型、石墨、陶瓷、高溫合金、鋼、鐵等材料制成，所述結(jié)晶器為水冷銅結(jié)晶器或水冷石墨結(jié)晶器。
[0023]其中，所述金屬控溫爐通過(guò)電阻絲或電磁感應(yīng)加熱。
[0024]本發(fā)明還提供一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄工藝，所述工藝包括如下步驟:
[0025]將長(zhǎng)碳纖維一端由所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置拉出，并依次穿過(guò)所述導(dǎo)向輪、所述碳纖維位置矯正裝置、所述碳纖維保護(hù)管和坩禍，最終固定在位于所述碳纖維下端固定及位置矯正裝置上；
[0026]將金屬原料置于所述坩禍內(nèi)，開(kāi)啟所述金屬控溫爐進(jìn)行加熱至金屬原料熔化；
[0027]在引錠機(jī)構(gòu)的牽引和結(jié)晶器的冷卻作用下，長(zhǎng)碳纖維與連鑄金屬熔合凝固成復(fù)合材料。
[0028]其中，所述結(jié)晶器可根據(jù)不同金屬原料替換為噴水冷卻裝置或吹風(fēng)冷卻裝置。
[0029]其中，所述長(zhǎng)碳纖維的預(yù)應(yīng)力為0-30N，在所述長(zhǎng)碳纖維表面鍍層處理，以增加其預(yù)應(yīng)力。
[0030]其中，所述結(jié)晶器上側(cè)設(shè)有超聲波發(fā)生器，以增強(qiáng)所述長(zhǎng)碳纖維與連鑄金屬的表面潤(rùn)濕。
[0031]其中，所述金屬控溫爐的加熱溫度控制在相應(yīng)金屬原料的凝固點(diǎn)以上500°C范圍內(nèi)。
[0032]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0033](I)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，制作成本低，且可根據(jù)生產(chǎn)情況的不同添加不同的設(shè)備，靈活度高；
[0034](2)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，節(jié)能降耗；
[0035](3)與傳統(tǒng)對(duì)界面結(jié)合要求高，表面鍍層等高成本制備相比，本工藝?yán)煤暧^力學(xué)原理進(jìn)行復(fù)合，成本低，工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)；
[0036](4)本工藝基于傳統(tǒng)連鑄工藝，在傳統(tǒng)連鑄工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，傳統(tǒng)連鑄的研宄理論可以很好地指導(dǎo)該工藝的調(diào)整與設(shè)計(jì)；
[0037](5)通過(guò)調(diào)整碳纖維位置矯正裝置，可以實(shí)現(xiàn)不同的碳纖維加入方式，同時(shí)做到碳纖維加入的精確控制。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為本發(fā)明實(shí)施例連鑄設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為本發(fā)明實(shí)施例生產(chǎn)的碳纖維芯部增強(qiáng)棒材示意圖；
[0040]圖3為本發(fā)明實(shí)施例生產(chǎn)的碳纖維彌散分布增強(qiáng)棒材示意圖；
[0041]圖4為本發(fā)明實(shí)施例生產(chǎn)的碳纖維中線分布棒材示意圖；
[0042]圖5為本發(fā)明實(shí)施例生產(chǎn)的碳纖維芯部增強(qiáng)扁排棒材示意圖。
[0043][主要元件符號(hào)說(shuō)明]
[0044]1:碳纖維放線及預(yù)緊裝置；
[0045]2:導(dǎo)向輪；
[0046]3:碳纖維放線裝置支架；
[0047]4:長(zhǎng)碳纖維；
[0048]5:碳纖維位置矯正裝置；
[0049]6:碳纖維保護(hù)管；
[0050]7:碳纖維位置矯正裝置支架；
[0051]8:金屬測(cè)溫儀；
[0052]9 甘禍；
[0053]10:金屬控溫爐；
[0054]11:金屬原料；
[0055]12:機(jī)架；
[0056]13:結(jié)晶器測(cè)溫儀；
[0057]14:結(jié)晶器；
[0058]15:連鑄金屬；
[0059]16:下端碳纖維固定及位置矯正裝置；
[0060]17:引錠機(jī)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0061]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0062]如圖1至圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)現(xiàn)有的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合材料性能差的問(wèn)題，提供一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備，包括碳纖維放線及預(yù)緊裝置1、導(dǎo)向輪2、碳纖維放線裝置支架3、碳纖維位置矯正裝置5、碳纖維保護(hù)管6、碳纖維位置矯正裝置支架7、金屬控溫爐10、機(jī)架12、結(jié)晶器14、下端碳纖維固定及位置矯正裝置16和引錠機(jī)構(gòu)17 ;
[0063]所述導(dǎo)向輪2、所述碳纖維位置矯正裝置3、所述碳纖維保護(hù)管6和所述下端碳纖維固定及位置矯正裝置16位于設(shè)備的中軸線上，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置I和所述導(dǎo)向輪2通過(guò)所述碳纖維放線裝置支架3固定在所述機(jī)架12上位于設(shè)備頂端；
[0064]所述碳纖維位置矯正裝置4下側(cè)與所述碳纖維保護(hù)管6連接，且通過(guò)所述碳纖維位置矯正裝置支架7固定在所述金屬控溫爐10上側(cè)，所述金屬控溫爐10固定在所述機(jī)架12上側(cè)，所述金屬控溫爐10內(nèi)設(shè)有用于盛放金屬原料11的漏斗狀坩禍9，所述碳纖維保護(hù)管6底端插設(shè)在所述坩禍9內(nèi)，所述坩禍9內(nèi)設(shè)有金屬測(cè)溫儀8 ;
[0065]所述坩禍9下端外側(cè)設(shè)有結(jié)晶器14，所述結(jié)晶器14固定在所述機(jī)架12下側(cè)，所述結(jié)晶器14裝配結(jié)晶器測(cè)溫儀13，所述坩禍9的下端口處設(shè)有固定在所述引錠機(jī)構(gòu)17上的下端碳纖維固定及位置矯正裝置16，所述引錠機(jī)構(gòu)17與所述機(jī)架12可相對(duì)滑動(dòng)連接。
[0066]進(jìn)一步的，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置I的材質(zhì)為不銹鋼，對(duì)長(zhǎng)碳纖維4增加預(yù)緊力，使其在鑄造過(guò)程中保持緊繃狀態(tài)，同時(shí)也可減少內(nèi)部氣隙，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置I與所述導(dǎo)向輪2之間設(shè)有編織機(jī)構(gòu)，用于編織長(zhǎng)碳纖維4，增加表面粗糙度以增加結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)采用適當(dāng)?shù)木幙椉记梢部墒古髁暇邆浜罄m(xù)加工性。
[0067]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)向輪2、所述碳纖維位置矯正裝置3、所述碳纖維保護(hù)管6和所述下端碳纖維固定及位置矯正裝置16位于設(shè)備的中軸線上，方便長(zhǎng)碳纖維4連鑄，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置I和所述導(dǎo)向輪2通過(guò)所述碳纖維放線裝置支架3固定在所述機(jī)架12上位于設(shè)備頂端，方便放線操控。
[0068]其中，所述碳纖維位置矯正裝置4下側(cè)與所述碳纖維保護(hù)管6連接，且通過(guò)所述碳纖維位置矯正裝置支架7固定在所述金屬控溫爐10上側(cè)，所述碳纖維保護(hù)管6的材質(zhì)為45鋼或不銹鋼或陶瓷，根據(jù)不同金屬原料8選擇不同材質(zhì)的碳纖維保護(hù)管6。
[0069]進(jìn)一步的，所述金屬控溫爐10固定在所述機(jī)架12上側(cè)，所述金屬控溫爐10內(nèi)設(shè)有用于盛放金屬原料11的漏斗狀坩禍9，并通過(guò)電阻絲或電磁感應(yīng)度所述坩禍9加熱，所述坩禍9為金屬型、石墨、陶瓷、高溫合金、鋼、鐵等材料制成，根據(jù)不同金屬原料8選擇不同材質(zhì)的坩禍9，所述坩禍9內(nèi)設(shè)有金屬測(cè)溫儀8，監(jiān)控加熱溫度。
[0070]其中，所述坩禍9下端外側(cè)設(shè)有結(jié)晶器14，所述結(jié)晶器14為水冷銅結(jié)晶器或水冷石墨結(jié)晶器，用于冷卻連鑄金屬15，所述結(jié)晶器14固定在所述機(jī)架12下側(cè)，所述結(jié)晶器14裝配結(jié)晶器測(cè)溫儀13，所述坩禍9的下端口處設(shè)有固定在所述引錠機(jī)構(gòu)17上的下端碳纖維固定及位置矯正裝置16，所述引錠機(jī)構(gòu)17與所述機(jī)架12可相對(duì)滑動(dòng)連接。
[0071]本發(fā)明還提供一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄工藝，所述工藝包括如下步驟:
[0072]將長(zhǎng)碳纖維4 一端由所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置I拉出，并依次穿過(guò)所述導(dǎo)向輪2、所述碳纖維位置矯正裝置5、所述碳纖維保護(hù)管6和坩禍9，最終固定在位于所述碳纖維下端固定及位置矯正裝置16上；
[0073]將金屬原料11置于所述坩禍9內(nèi)，開(kāi)啟所述金屬控溫爐10進(jìn)行加熱至金屬原料11熔化；
[0074]在引錠機(jī)構(gòu)17的牽引和結(jié)晶器14的冷卻作用下，長(zhǎng)碳纖維4與連鑄金屬15熔合凝固成復(fù)合材料。
[0075]其中，所述結(jié)晶器14可根據(jù)不同金屬原料替換為噴水冷卻裝置或吹風(fēng)冷卻裝置，或根據(jù)金屬原料11的需求拆除冷卻裝置采用噴水冷卻、吹風(fēng)冷卻或自然冷卻。
[0076]其中，所述長(zhǎng)碳纖維4的預(yù)應(yīng)力為0-30N，在所述長(zhǎng)碳纖維表面鍍層處理，以增加其預(yù)應(yīng)力。
[0077]其中，所述結(jié)晶器14上側(cè)長(zhǎng)碳纖維4與連鑄金屬15接觸之處設(shè)有超聲波發(fā)生器，以增強(qiáng)所述長(zhǎng)碳纖維4與連鑄金屬15的表面潤(rùn)濕。
[0078]其中，所述金屬控溫爐10的加熱溫度控制在相應(yīng)金屬原料11的凝固點(diǎn)以上500°C范圍內(nèi)。
[0079]上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0080](I)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，制作成本低，且可根據(jù)生產(chǎn)情況的不同添加不同的設(shè)備，靈活度高；
[0081](2)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，節(jié)能降耗；
[0082](3)與傳統(tǒng)對(duì)界面結(jié)合要求高，表面鍍層等高成本制備相比，本工藝?yán)煤暧^力學(xué)原理進(jìn)行復(fù)合，成本低，工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)；
[0083](4)本工藝基于傳統(tǒng)連鑄工藝，在傳統(tǒng)連鑄工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，傳統(tǒng)連鑄的研宄理論可以很好地指導(dǎo)該工藝的調(diào)整與設(shè)計(jì)；
[0084](5)通過(guò)調(diào)整碳纖維位置矯正裝置，可以實(shí)現(xiàn)不同的碳纖維加入方式，同時(shí)做到碳纖維加入的精確控制。
[0085]實(shí)施例1
[0086]鋁和長(zhǎng)碳纖維層狀復(fù)合材料鑄造成形
[0087]鋁和長(zhǎng)碳纖維層狀復(fù)合材料為直徑12mm棒材，芯部長(zhǎng)碳纖維束直徑為2mm ;金屬控溫爐加熱方式采用電阻加熱；金屬控溫爐溫度控制在金屬凝固溫度點(diǎn)100°C的范圍；坩禍采用石墨材質(zhì)；結(jié)晶器采用水冷石墨結(jié)晶器，采用循環(huán)水冷卻方式；碳纖維預(yù)緊力控制在0-20N ;試驗(yàn)結(jié)果顯示:試樣界面結(jié)合致密、整齊，較純鋁材質(zhì)試棒力學(xué)性能有較大提升。
[0088]實(shí)施例2
[0089]銅和長(zhǎng)碳纖維層狀復(fù)合材料鑄造成形
[0090]銅和長(zhǎng)碳纖維層狀復(fù)合材料為外徑20mm，內(nèi)徑14mm管材，管壁長(zhǎng)碳纖維束直徑為1_ ;金屬控溫爐加熱方式采用電磁感應(yīng)加熱；金屬控溫爐溫度控制在金屬凝固溫度點(diǎn)100°C的范圍；坩禍采用石墨材質(zhì)；結(jié)晶器采用水冷銅結(jié)晶器，采用循環(huán)水冷卻方式；碳纖維預(yù)緊力控制在0-20N ;試驗(yàn)結(jié)果顯示:試樣界面結(jié)合致密、整齊，較純銅材質(zhì)管力學(xué)性能有較大提升。
[0091]實(shí)施例3
[0092]鉛和長(zhǎng)碳纖維層狀復(fù)合材料鑄造成形
[0093]鉛和長(zhǎng)碳纖維層狀復(fù)合材料為直徑15mm棒材，芯部長(zhǎng)碳纖維束直徑為Imm ;金屬控溫爐加熱方式采用電阻加熱；金屬控溫爐溫度控制在金屬凝固溫度點(diǎn)100°C的范圍；坩禍采用45鋼；碳纖維預(yù)緊力控制在0-20N ;采用吹風(fēng)冷卻方式；試驗(yàn)結(jié)果顯示:試樣界面結(jié)合致密、整齊，較純鉛材質(zhì)試棒力學(xué)性能有較大提升。
[0094]實(shí)施例4
[0095]錫和長(zhǎng)碳纖維層狀復(fù)合材料鑄造成形
[0096]錫和長(zhǎng)碳纖維層狀復(fù)合材料為直徑15mm棒材，芯部長(zhǎng)碳纖維束直徑為Imm ;金屬控溫爐加熱方式采用電阻加熱；金屬控溫爐溫度控制在金屬凝固溫度點(diǎn)100°C的范圍；坩禍采用45鋼；碳纖維預(yù)緊力控制在0-20N ;采用吹風(fēng)冷卻方式；試驗(yàn)結(jié)果顯示:試樣界面結(jié)合致密、整齊，較純錫材質(zhì)試棒力學(xué)性能有較大提升。
[0097]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備，其特征在于，包括碳纖維放線及預(yù)緊裝置、導(dǎo)向輪、碳纖維放線裝置支架、碳纖維位置矯正裝置、碳纖維保護(hù)管、碳纖維位置矯正裝置支架、金屬控溫爐、機(jī)架、結(jié)晶器、下端碳纖維固定及位置矯正裝置和引錠機(jī)構(gòu)； 所述導(dǎo)向輪、所述碳纖維位置矯正裝置、所述碳纖維保護(hù)管和所述下端碳纖維固定及位置矯正裝置位于設(shè)備的中軸線上，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置和所述導(dǎo)向輪通過(guò)所述碳纖維放線裝置支架固定在所述機(jī)架上位于設(shè)備頂端； 所述碳纖維位置矯正裝置下側(cè)與所述碳纖維保護(hù)管連接，且通過(guò)所述碳纖維位置矯正裝置支架固定在所述金屬控溫爐上側(cè)，所述金屬控溫爐固定在所述機(jī)架上側(cè)，所述金屬控溫爐內(nèi)設(shè)有用于盛放金屬原料的漏斗狀坩禍，所述碳纖維保護(hù)管底端插設(shè)在所述坩禍內(nèi)，所述坩禍內(nèi)設(shè)有金屬測(cè)溫儀； 所述坩禍下端外側(cè)設(shè)有結(jié)晶器，所述結(jié)晶器固定在所述機(jī)架下側(cè)，所述結(jié)晶器裝配結(jié)晶器測(cè)溫儀，所述坩禍的下端口處設(shè)有固定在所述引錠機(jī)構(gòu)上的下端碳纖維固定及位置矯正裝置，所述引錠機(jī)構(gòu)與所述機(jī)架可相對(duì)滑動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備，其特征在于，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置與所述導(dǎo)向輪之間設(shè)有編織機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備，其特征在于，所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置與所述下端碳纖維固定及位置矯正裝置的材質(zhì)均為不銹鋼，所述碳纖維保護(hù)管的材質(zhì)為45鋼或不銹鋼或陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備，其特征在于，所述坩禍為金屬型、石墨、陶瓷、高溫合金、鋼、鐵等材料制成，所述結(jié)晶器為水冷銅結(jié)晶器或水冷石墨結(jié)曰曰O
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄設(shè)備，其特征在于，所述金屬控溫爐通過(guò)電阻絲或電磁感應(yīng)加熱。
6.一種長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄工藝，其特征在于，所述工藝包括如下步驟: 將長(zhǎng)碳纖維一端由所述碳纖維放線及預(yù)緊裝置拉出，并依次穿過(guò)所述導(dǎo)向輪、所述碳纖維位置矯正裝置所述碳纖維保護(hù)管和坩禍，最終固定在位于所述碳纖維下端固定及位置矯正裝置上； 將金屬原料置于所述坩禍內(nèi)，開(kāi)啟所述金屬控溫爐進(jìn)行加熱至金屬原料熔化； 在引錠機(jī)構(gòu)的牽引和結(jié)晶器的冷卻作用下，長(zhǎng)碳纖維與連鑄金屬熔合凝固成復(fù)合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄工藝，其特征在于，所述結(jié)晶器可根據(jù)不同金屬原料替換為噴水冷卻裝置或吹風(fēng)冷卻裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄工藝，其特征在于，所述長(zhǎng)碳纖維的預(yù)應(yīng)力為0-30N，在所述長(zhǎng)碳纖維表面鍍層處理，以增加其預(yù)應(yīng)力。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄工藝，其特征在于，所述結(jié)晶器上側(cè)設(shè)有超聲波發(fā)生器，以增強(qiáng)所述長(zhǎng)碳纖維與連鑄金屬的表面潤(rùn)濕。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的長(zhǎng)碳纖維與金屬?gòu)?fù)合連鑄工藝，其特征在于，所述金屬控溫爐的加熱溫度控制在相應(yīng)金屬原料的凝固點(diǎn)以上500°C范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B22D11/14GK104493113SQ201410699681
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】吳春京, 謝宸洋, 馮樹(shù)偉, 初娣, 劉增輝, 姚金金, 賁利華, 韓艷秋 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)