碳纖維表面金屬化及沉積動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、碳纖維由于其具有高比強(qiáng)度、高比模量、密度小、耐高溫、耐輻射、耐疲勞性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性良好、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)良性能被人們廣泛關(guān)注，目前常作為增強(qiáng)相與樹脂、金屬、陶瓷、混泥土等材料構(gòu)成復(fù)合材料使用。金屬基碳纖維復(fù)合材料不僅繼承了碳纖維的高比強(qiáng)度、高比模量和良好的韌性等優(yōu)良性能，又能保持基體金屬的特性，已經(jīng)成為近年來研究的熱點(diǎn)，在航空航天、生物材料和民用工業(yè)領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。但碳纖維與許多金屬基體的潤(rùn)濕性很差，當(dāng)復(fù)合材料承受一定載荷時(shí)，

2、容易造成碳纖維剝落和脫離。因此如何提高碳纖維與基體金屬之間的結(jié)合力就是制備金屬基碳纖維復(fù)合材料的關(guān)鍵。
　　本課題采用電鍍法對(duì)碳纖維表面電鍍鎳、銅和鎳-銅鍍層，采用正交試驗(yàn)法和單因素實(shí)驗(yàn)確定三種鍍層的最佳工藝條件。通過熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度分析各個(gè)鍍層的形成及反應(yīng)機(jī)理。
　　主要研究結(jié)果如下：
　?。?）碳纖維表面電鍍鎳的最佳工藝是：硫酸鎳200 g/L，氯化鎳60 g/L，硼酸40 g/L，十二烷基硫酸鈉0.1 g/L

3、；電流密度0.56 A/dm2，電鍍時(shí)間6min，溫度為50℃。電鍍時(shí)間對(duì)碳纖維的增重率影響最大，其次是電流密度，然后是硼酸濃度，最后是硫酸鎳濃度。鍍液溫度的變化會(huì)造成鍍層形貌的改變，但對(duì)鍍層厚度的影響不顯著。鍍層的厚度是與電流密度及電鍍時(shí)間呈線性關(guān)系，當(dāng)電流密度及電鍍時(shí)間不斷增加，鍍層厚度也逐漸增加；當(dāng)電流密度逐漸增大，鍍層表面出現(xiàn)胞狀組織，粗糙程度逐漸增大。碳纖維表面鍍鎳過程中 Ni2+濃度和硼酸濃度的反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為 a=-0.08

4、86、b=0.0304，反應(yīng)激活能Ea=4023.31 J/mol。
　?。?）碳纖維表面電鍍銅的最佳工藝是：硫酸銅200 g/L，硫酸60 g/L，硝酸鉀30 g/L，光亮劑0.1 g/L；電壓2.5V，電鍍時(shí)間7min。電鍍時(shí)間對(duì)碳纖維的增重率影響最大，其次是電壓，然后是硫酸銅濃度，最后是硫酸濃度。碳纖維表面電鍍銅過程中Cu2+濃度和H+濃度的反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為a=0.4609、b=-0.1935，反應(yīng)激活能為Ea=5545.44