碳纤维行业150页深度研究报告：高端制造业换装首选材料(16)

2.1.2 碳纤维 金属：可有效改善金属材料的高温性能
以金属、合金和金属间化合物为基体、以碳纤维为增强体，通过浸渗、固结工 艺制作而成的复合材料称为碳纤维金属基复合材料。基体一般在连续纤维增强金属 基复合材料中占据50%-70%体积，在短纤维增强金属基复合材料中占据70%以上体积。 典型的碳纤维强化金属复合材料有：碳纤维-银复合材料、碳纤维-铜复合材料、碳 纤维-铅复合材料、碳纤维-铝复合材料。
树脂基复合材料通常只能在 350℃以下的不同温度范围内使用，金属基复合材 料则适用于 350℃～1200℃温度区间。铝、镁及其合金使用温度在 450℃以下，钛合 金使用温度在 450-650℃之间，金属间化合物、镍基、铁基耐热合金使用温度在 650- 1200℃之间。 碳纤维/金属基复合材料的制备方法分为两大类：固态法、液态法，但两种方法 均需要对纤维进行表面处理或制作纤维/基体预制丝。纤维增强金属基复合材料的制 造较困难，需要考虑增强材料的排布，界面反应、经济性及残余应力等多方面的因 素。为了顺利地进行最终成型，做出质量强度等性能优良的纤维增强金属基复合材 料制品，其成型方法大致有四种路线，分别是纤维直接编织成型、纤维经表面处理 成型、纤维制成预制带与金属基体复合成型、纤维与基体制成复合预制带然后成型。

碳纤维的表面性能取决于其粗糙度的大小、活性官能团的种类和数量的多 少、微晶结构尺寸的大小以及酸碱相互作用的强弱等。从碳纤维表面形貌 上看,其表面有很多微孔、异物、晶体等，这些是影响复合材料中基体与增 强体之间的结合性能的重要因素。未经处理的碳纤维表面光滑、化学惰性 大、表面能低、活性官能团（羟基、羰基等极性官能团）极少，与复合材料 中的基体浸润性差，从而降低复合材料的界面结合能力，阻碍增强纤维性 能的最大化表现。而经表面处理后，碳纤维增强材料的力学性能（如层间剪 切强度、界面剪切强度）会提高，目前常用的表面处理方法有：气相氧化法（空气、臭氧、惰性气体）、液相氧化法（浓硝酸、混合酸和强氧化剂）、阳 极氧化法（电化学氧化）、等离子体氧化法（等离子体氧、等离子体氨）、表 面涂层改性法以及采用两种或两种以上方法对碳纤维进行表面处理的复合 表面处理法。