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文档简介

1、铜包铝加长碳纤维充芯连铸工艺与界面形成机理铜包铝双金属复合材料因其具有良好的导电性、 低密度、低成本等优点 , 而被广泛应用于电子、通信等领域。为了提高铜包铝复合材料的力学性能 , 本课题提出将长碳纤维引入铜包铝复合材料中 , 探讨了复合成形过程中传热、传质、界面质量及其影响因素与控制工艺 , 为铜包铝加长碳纤维充芯连铸加工技术提供理论支撑。 铜包铝加长碳纤维充芯连铸的工艺原理为 : 芯部金属 Al 与外层金属 Cu分别在上、下两个坩埚中熔化和保温 , 利用牵引装置对引锭头进行牵引 , 金属 Cu 先通过结晶器内壁和芯部金属液充芯管构成的铸型中形成外管 , 芯部 Al 液再通过充芯管充填到 C

2、u 管里 ; 同时 , 中心的 Cf 随着引锭装置向下走 , 凝固的金属 Al 将其包裹在内部。在连铸过程中通过热量和原子的扩散 , 实现双金属界面的冶金结合以及金属与长碳纤维的复合 , 拉出的棒材通过结晶器下端的拉拔模实现减径的效果。 基于此工艺原理 , 设计开发了具有自主知识产权的铜包铝加长碳纤维充芯连铸工艺设备, 并成功制备了外径为8mm,铜层的厚度为 0.3mm,碳纤维的直径为1mm的铜包铝加长碳纤维复合材料。利用ProCAST软件对本连铸温度场进行了数值模拟 , 建立了铜包铝加长碳纤维充芯连铸设备的计算模型。通过对比分析模拟与实验结果, 可得该模型温度场模拟结果具有较高的精度 , 可

3、以使用固 / 液界面模拟结果预测连铸铜管坯质量和充铝效果。对长碳纤维形态、加入数量( 单束 / 多束 ) 、工艺参数的影响规律以及界面结合性能进行了研究, 获得了 Al 与 Cf 复合的合适温度为 800; 揭示了铜包铝加长碳纤维充芯连铸过程中Cu/Al 界面反应机理及动力学 ; 对不同温度、时间条件下 Cu 在液相中的浓度分布和界面迁移距离规律进行了模拟研究 , 与试验结果进行对比分析 , 验证了相场模型的准确性。 建立了铜包铝加长碳纤维充芯连铸全流程传热传质数值计算模型 , 采用模拟与试验结合的方法研究了充芯连铸各工艺参数对界面复合质量的影响 ; 对充芯连铸工艺参数进行了优化 , 建立了界面层厚度与接触温度、冷却速度之间的关系 ; 确定了制备铜包铝加长碳纤维复合材料的最佳工艺参数为 : 铜液温度 1250, 铝液温度 800, 一

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