本发明公开一种航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，涉及碳纤维体制备技术领域，包括：在芯模的外部均匀缠绕碳纤维布，并开设一个排液孔；将碳纤维壳体进行加热，芯模熔化，通过排液孔排出芯模熔化后的液体；使液氮接触碳纤维壳体的非受力壁，并在碳纤维壳体的受力壁上预制一层金属熔融液；本发明中通过在碳纤维壳体的受力壁上预制一层金属熔融液并成型为金属层的方式，利用脆性较低、点受力较强的金属层去作为受力壁，避免了脆性高、点受力较弱的碳纤维与其他零部件的碳纤维或金属之间配合时，碳纤维易损坏的问题，且使液氮接触碳纤维壳体的非受力壁，避免了在浇铸金属熔融液时，高温金属熔融液对碳纤维壳体的热破坏。
1.一种航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将易熔性材料熔融凝固成型为所需异形体的芯模，所述易熔性材料的熔点小于碳纤维布的熔点；
S2:在所述芯模的外部均匀缠绕所述碳纤维布，缠绕形成碳纤维壳体，在碳纤维壳体的非工作面处开设一个排液孔；
S3:将所述碳纤维布壳体进行加热，使所述芯模熔化，通过所述排液孔排出所述芯模熔化后的液体；
S4:待所述碳纤维壳体冷却至常温时，使液氮接触所述碳纤维壳体的非受力壁，并在所述碳纤维壳体的受力壁预制一层金属熔融液，液氮在金属熔融液浇铸过程中，为碳纤维壳体提供良好的冷却保护，避免金属熔融液对碳纤维壳体造成热破坏；
S5:将预制有所述金属熔融液的所述碳纤维壳体置于密闭容器中，增加密闭容器内的压力，使所述金属熔融液牢固的附着在碳纤维壳体表面；
S6:待所述金属熔融液冷却成型后，取出所述碳纤维壳体并对其金属面进行精加工，进而得到碳纤维异形体。
2.根据权利要求1所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，在步骤S4中，可通过浇铸方式或熔化预置金属的方式实现金属熔融液的预制，所述熔化预置金属的方式为：将欲置于碳纤维壳体的受力壁上的金属预制成相似的形状放置在碳纤维壳体的受力壁上，然后再将其融化。
3.根据权利要求2所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，利用激光将金属熔化，或者利用高频感应加热装置产生极性瞬间变化的强磁束，将金属加热融化。
4.根据权利要求1所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，在步骤S1中，所述芯模包括与所需制备的异形体形状相同的模芯以及设置在所述模芯非工作面上的柱状体，在步骤S2中，所述排液孔设置在所述柱状体远离所述模芯的一端。
5.根据权利要求4所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，所述排液孔连接有排液阀，所述排液阀设有压力传感器，由所述压力传感器输出信号给电控制系统控制阀门的开启。
6.根据权利要求1所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，在步骤S3中，待所述碳纤维壳体成型后且整体器件温度高于所述易熔性材料的熔点时，加热保持该温度并排出所述芯模熔化后的液体，或者待整体冷却成型后，再对整体器件进行加热，使整体器件温度高于所述易熔性材料的熔点且低于所述碳纤维壳体的熔点，然后排出所述芯模熔化后的液体。
7.根据权利要求1所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，在步骤S4中，向所述金属熔融液内加入耐磨材料或耐高温材料，进而提高其磨性和耐高温性，在所述金属层成型后对所述金属层表面进行渗碳处理或者渗氮处理。
8.根据权利要求1所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，在步骤S4中，所述液氮全部气化所需的热量不大于所述金属熔融液传递至所述碳纤维壳体上的热量，且不小于所述金属熔融液的温度低于可影响所述碳纤维壳体质量的温度之前所传递到所述碳纤维壳体上的热量。
9.根据权利要求8所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，保护所述碳纤维壳体的液氮是流动供给所述碳纤维壳体冷却的。
10.根据权利要求1所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，在步骤S5中，针对几何形状规整或不规整的器件时，均可通过向所述密闭容器内通入高压气体以增加所述密闭容器内的压力，从而增加对所述金属熔融液所成型的金属面的压力；
在针对几何形状规整的器件时，也可采用爆破施压法以增加对所述金属面的压力，所述爆破施压法为：在所述密闭容器内实施爆破，利用爆破时产生的压力进而提高对所述金属面的压力，或者采用气体脉冲的方式直接对所述金属熔融液的液面进行冲压。
11.根据权利要求10所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，所述高压气体、所述爆破施压法爆破出的气体、所述脉冲所应用的气体均为惰性气体。
12.根据权利要求10所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，通入的所述高压气体经过变频加温装置加温后进入到所述密闭容器内，随着通气时间的变化，所述高压气体的温度逐渐变高，所述高压气体温度变化梯度小于所述金属熔融液自然凝固过程中的温度梯度变化。
13.根据权利要求12所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，控制所述密闭容器内的压力逐渐升高，保证在所述金属熔融液凝固过程中，所述密闭容器内的压力不小于同一时间内金属冷却凝固所产生的回弹力。
14.根据权利要求10所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，可进行一次或多次爆破，当进行一次爆破时，爆破产生的压力作用时间不小于所述金属熔融液的冷却凝固时间，且所产生的压力不小于所述金属熔融液的冷却凝固时所产生的回弹力；当进行多次爆破时，多次爆破产生的压力作用时间不小于所述金属熔融液的冷却凝固时间，单次爆破时的爆破力大于上次爆破时的爆破力，且每次爆破时所产生的压力不小于同一时间内金属冷却凝固所产生的回弹力。
15.根据权利要求10所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，借助脉冲器实现高压气体的脉冲式输出，产生脉冲冲击力或压力，在其作用下，使熔融的金属坚实的附着在碳纤维壳体表面，脉冲气体的压力、温度均随时间增加而增大。
16.根据权利要求1所述的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，其特征在于，所述易熔性材料为石蜡或锡，所述金属熔融液的材质为铁、铜或钢。
一种航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及碳纤维体制备技术领域，特别是涉及一种航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法。
背景技术
[0002] 碳纤维是一种纤维状碳材料，它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。
[0003] 碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料，碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
[0004] 但是当将碳纤维单独制作零件时，相对于复合材料来说可大大减少零件的重量，为了实现直接利用碳纤维制作所需的零部件，人们对碳纤维体的制作方法展开了研究，例如：申请号为“202011589162.5”，名称为“碳纤维复合材料排气管的制作方法”的发明专利公开了一种碳纤维复合材料的制作方法，包括制作排气管的上模、下模和芯模，其步骤为：将离型剂倒在擦拭纸上，在上模、下模的模腔内以及芯模上涂覆离型剂；在芯模上涂覆一层胶水，然后将气凝胶裁切好铺设一整圈在芯模上；在气凝胶的外侧依次铺设碳纤维预浸料；
把芯模放置到上模和下模的模腔内，进行合模锁紧，然后进行加热固化；冷却脱模后，将排气管边角毛刺去除，表面喷耐高温漆，得到最终产品，其在芯模的外壁上涂覆气凝胶后，铺设碳纤维预浸料并通过加热固化使碳纤维复合材料成型，经过加工后即可得到最终的成品，实现了直接利用碳纤维制作所需的零部件，但是由于碳纤维自身的脆性较大且点受力较弱，当碳纤维自身受力时可能会导致其表面的微型破损，并不适合应用于消防、救援等领域，例如高压灭火器的灭火液喷射管、阀体等结构。
[0005] 因此人们亟需一种既具有碳纤维材料本身优良的特性，又具备良好结构强度的航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，以解决上述现有技术存在的问题，使碳纤维异形体既具有碳纤维材料本身优良的特性，又具备良好结构强度。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，包括以下步骤：
[0008] S1:将易熔性材料熔融凝固成型为所需异形体的芯模，所述易熔性材料的熔点小于碳纤维布的熔点；
[0009] S2:在所述芯模的外部均匀缠绕所述碳纤维布，缠绕形成碳纤维壳体，在碳纤维壳体的非工作面处开设一个排液孔；
[0010] S3:将所述碳纤维布壳体进行加热，使所述芯模熔化，通过所述排液孔排出所述芯模熔化后的液体；
[0011] S4:待所述碳纤维壳体冷却至常温时，使液氮接触所述碳纤维壳体的非受力壁，并在所述碳纤维壳体的受力壁预制一层金属熔融液；
[0012] S5:将预制有所述金属熔融液的所述碳纤维壳体置于密闭容器中，增加密闭容器内的压力，使所述金属熔融液牢固的附着在碳纤维壳体表面；
[0013] S6:待所述金属熔融液冷却成型后，取出所述碳纤维壳体并对其金属面进行精加工，进而得到碳纤维异形体。
[0014] 优选的，在步骤S4中，可通过浇铸方式或熔化预置金属的方式实现金属熔融液的预制，所述熔化预制金属的方式为：将欲置于碳纤维壳体的受力壁上的金属预制成相似的形状放置在碳纤维壳体的受力壁上，然后再将其融化。
[0015] 优选的，利用激光将金属熔化，或者利用高频感应加热装置产生极性瞬间变化的强磁束，将金属加热融化。
[0016] 优选的，在步骤S1中，所述芯模包括与所需制备的异形体形状相同的模芯以及设置在所述模芯非工作面上的柱状体，在步骤S2中，所述排液孔设置在所述柱状体远离所述模芯的一端。
[0017] 优选的，所述排液孔连接有排液阀，所述排液阀设有压力传感器，由所述压力传感器输出信号给电控制系统控制阀门的开启。
[0018] 优选的，在步骤S3中，待所述碳纤维壳体成型后且整体器件温度高于所述易熔性材料的熔点时，加热保持该温度并排出所述芯模熔化后的液体，或者待整体冷却成型后，再对整体器件进行加热，使整体器件温度高于所述易熔性材料的熔点且低于所述碳纤维壳体的熔点，然后排出所述芯模熔化后的液体。
[0019] 优选的，在步骤S4中，向所述金属熔融液内加入耐磨材料或耐高温材料，进而提高其磨性和耐高温性，在所述金属层成型后对所述金属层表面进行渗碳处理或者渗氮处理。
[0020] 优选的，在步骤S4中，所述液氮全部气化所需的热量不大于所述金属熔融液传递至所述碳纤维壳体上的热量，且不小于所述金属熔融液的温度低于可影响所述碳纤维壳体质量的温度之前所传递到所述碳纤维壳体上的热量。
[0021] 优选的，所述保护碳纤维的液氮是流动供给碳纤维壳体冷却的。
[0022] 优选的，在步骤S5中，针对几何形状规整或不规整的器件时，均可通过向所述密闭容器内通入高压气体以增加所述密闭容器内的压力，从而增加对所述金属熔融液所成型的金属面的压力；在针对几何形状规整的器件时，也可采用爆破施压法以增加对所述金属面的压力，所述爆破施压法为：在所述密闭容器内实施爆破，利用爆破时产生的压力进而提高对所述金属面的压力，或者采用气体脉冲的方式直接对所述金属熔融液的液面进行冲压。
[0023] 优选的，所述高压气体、所述爆破施压法爆破出的气体、所述脉冲所应用的气体均为惰性气体。
[0024] 优选的，通入的所述高压气体经过变频加温装置加温后进入到所述密闭容器内，随着通气时间的变化，所述高压气体的温度逐渐变高，所述高压气体温度变化梯度小于所述金属熔融液自然凝固过程中的温度梯度变化。
[0025] 优选的，控制所述密闭容器内的压力逐渐升高，保证在所述金属熔融液凝固过程中，所述密闭容器内的压力不小于同一时间内金属冷却凝固所产生的回弹力。
[0026] 优选的，可进行一次或多次爆破，当进行一次爆破时，爆破产生的压力作用时间不小于所述金属熔融液的冷却凝固时间，且所产生的压力不小于所述金属熔融液的冷却凝固时所产生的回弹力；当进行多次爆破时，多次爆破产生的压力作用时间不小于所述金属熔融液的冷却凝固时间，单次爆破时的爆破力大于上次爆破时的爆破力，且每次爆破时所产生的压力不小于同一时间内金属冷却凝固所产生的回弹力。
[0027] 优选的，借助脉冲器实现高压气体的脉冲式输出，产生脉冲冲击力或压力，在其作用下，使熔融的金属坚实的附着在碳纤维壳体表面，脉冲气体的压力、温度均随时间增加而增大。
[0028] 优选的，所述易熔性材料为石蜡或锡，所述金属熔融液的材质为铁、铜、钢或合金钢。
[0029] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0030] 1、本发明中在碳纤维壳体成型后将其内部芯模熔化后的液体直接从排液口排出，使碳纤维壳体内部为空腔，大大减少了碳纤维壳体的重量，相较于现有技术中在碳纤维壳体成型后再利用其他器械进行抽膜，节省了操作步骤，节约了该器械所使用的能源；再者在碳纤维壳体的受力壁预制一层金属熔融液并形成金属层的方式，在有限增加整体结构重量的情况下，利用了金属层韧性高、脆性低且点受力较强的特点，使金属层作为直接受力材料，避免了脆性高、点受力较弱的碳纤维与其他零部件的碳纤维或金属之间配合时，碳纤维易损坏的问题，使成型后的异形体在具备碳纤维自身优异性能的基础上，又具备良好的结构强度，充分发挥了金属面与金属面结合配合的优越性，进而使得成型的碳纤维异形件可应用于航空、航天、消防、救援等领域，而且碳纤维壳体的非受力壁接触液氮的方式，能够在金属熔融液浇铸过程中，为碳纤维壳体提供良好的冷却保护，避免金属熔融液对碳纤维壳体造成热破坏；另外，在金属熔融液凝固过程中，通过在密闭空间内对其施压的方式，使金属熔融液能够牢固的附着在碳纤维壳体的受力壁面上，消除了金属熔融液自然凝固后，金属层与碳纤维壳体间的微小气隙，不仅提高了碳纤维异形体的强度，增强了碳纤维异形体与其外置(或内置)的至少一个金属装置(零件)的相互配合度，而且受力壁面上金属层在受到外来压力时不易发生形变，保证了碳纤维异形体自身以及利用其组成的装置的使用寿命。
[0031] 2、本发明中利用注入液氮的方式保护了金属熔融液不对碳纤维可以进行热破坏，在此基础上，液氮全部气化所需的热量不大于金属熔融液传递至碳纤维壳体上的热量，且不小于金属熔融液的温度低于可影响碳纤维壳体质量的温度之前所传递到碳纤维壳体上的热量，进而避免由于液氮的制冷量大于金属熔融液传递的热量时，液氮的制冷量破坏金属的金相组织的问题。
[0032] 3、本发明中设置通入的高压气体经过变频加温装置加温后进入到密闭容器内，随着通气时间的变化，高压气体的温度逐渐变高，且高压气体温度变化梯度小于金属熔融液自然凝固过程中的温度梯度变化，延长高压气体对金属熔融液的加工时间，进而能够更好的将金属熔融液压在碳纤维壳体上成型，提高了加工效果。
[0033] 4、本发明中设置密闭容器内的某一时间内的压力不小于同一时间内金属冷却凝固所产生的回弹力，进一步确保了金属熔融液形成金属层后，能够牢固的附着在碳纤维壳体的外表面上。
附图说明
[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035] 图1为本发明纤维异形体制作方法的工艺流程图；
具体实施方式
[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037] 本发明的目的是提供一种航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，以解决现有技术存在的问题，使碳纤维异形体既具有碳纤维材料本身优良的特性，又具备良好结构强度，且增强了碳纤维异形体与其外置(或内置)的至少一个金属装置(零件)的相互配合度。
[0038] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0039] 请参考如图1所示，提供一种航天、航空及消防的碳纤维异形体的制作方法，包括以下步骤：
[0040] S1:准备所需制备的异形体的模具，将易熔性材料熔融后注入模具中，进而凝固成型加工为所需异形体的芯模，易熔性材料的熔点小于碳纤维布的熔点，也可以采用挤压或机械加工等方法将易熔性材料加工为所需异形体的芯模；
[0041] S2:工作人员手持芯模，在芯模的外部均匀缠绕碳纤维布，或者利用机器将碳纤维布均匀的缠绕在芯模的外部，在缠绕过程中，应保证输送碳纤维布条的力是均匀的，碳纤维布落压在模型上的压力是均匀的，碳纤维布缠绕完成后，在缠绕的碳纤维布层的非工作面处开设一个排液孔；
[0042] S3:将碳纤维布壳体进行加热，使碳纤维布壳体内模芯熔化为液态，然后通过加热工具保证整体温度高于易熔性材料的熔点温度且低于碳纤维的熔点温度，然后控制排液口向下，通过排液孔排出芯模熔化后的液体，碳纤维壳体内部液体排出后，碳纤维壳体内部为空腔，大大减少了碳纤维壳体的重量，无需利用其他器械进行抽膜，节省了操作步骤，节约了该器械所使用的能源；
[0043] S4:待碳纤维壳体内部液体排空后，关闭加热工具，等待碳纤维壳体冷却至常温时，进行下一步操作，当碳纤维壳体的外壁面为受力壁时，工作人员手持液氮罐的注射管或采用机械注射的方式，将液氮通过排液孔注入到碳纤维壳体内部，液氮注入完成后，在碳纤维壳体的外壁面上预制一层金属熔融液，当碳纤维壳体的内壁面为受力壁时，在碳纤维壳体的外壁面上浇液氮或者将碳纤维壳体放置在液氮存储机构内，同时在碳纤维壳体的内壁面上预制一层金属熔融液；预制金属熔融液的目的是为了在碳纤维壳体的受力壁形成一层金属层，在有限增加整体结构重量的情况下，利用了金属层韧性高、脆性低且点受力较强的特点，使金属层作为直接受力材料，避免了脆性高、点受力较弱的碳纤维与其他零部件的碳纤维或金属之间配合时，碳纤维易损坏的问题，使成型后的异形体在具备碳纤维自身优异性能的基础上，又具备良好的结构强度，充分发挥了金属面与金属面结合配合的优越性，进而使得成型的碳纤维异形件可应用于航空、航天、消防、救援等领域，而碳纤维壳体的非受力壁接触液氮的目的是能够在金属熔融液接触碳纤维壳体的受力壁面的过程中，为碳纤维壳体提供良好的冷却保护，避免金属熔融液对碳纤维壳体造成热破坏；
[0044] S5:将预制有金属熔融液的碳纤维壳体置于密闭容器中，增加密闭容器内的压力，使金属熔融液牢固的附着在碳纤维壳体表面，消除了金属熔融液自然凝固后，金属层与碳纤维壳体间的微小气隙，不仅提高了碳纤维异形体的强度，增强了碳纤维异形体与其外置(或内置)的至少一个金属装置(零件)的相互配合度，而且受力壁面上金属层在受到外来压力时不易发生形变，保证了碳纤维异形体自身以及利用其组成的装置的使用寿命；
[0045] S6:待金属熔融液冷却成型后，取出碳纤维壳体并利用加工平台对其金属面进行精加工，进而得到碳纤维异形体。
[0046] 当需要加工较为复杂的器件时，可分别加工出组成该器件的各个碳纤维零件，再对各个零件进行组装。
[0047] 在步骤S4中，可通过浇铸方式或熔化预置金属的方式实现金属熔融液的预制，熔化预制金属的方式为：将欲置于碳纤维壳体的受力壁上的金属预制成相似的形状放置在碳纤维壳体的受力壁上，然后再将其融化，之后再用施压方法进行加工，当采用浇铸方式时，且碳纤维壳体的受力壁为内壁时，在向碳纤维壳体内注入金属熔融液时，控制碳纤维壳体旋转，浇铸口也相对旋转，使金属快速成膜，防止金属堆积。
[0048] 预置金属的熔化方式可为：利用激光将金属熔化，或者利用高频感应加热装置产生极性瞬间变化的强磁束，将金属加热融化。
[0049] 由于成型后的碳纤维壳体仅在其非工作面处设置有一个排液口，在后续浇铸以及置于密闭容器中时需要其他辅助器件辅助固定其位置，为了减少其他器件的使用，可将芯模设置成包括与所需制备的异形体形状相同的模芯以及设置在模芯非工作面上的柱状体，且在步骤S2中，排液孔设置在柱状体远离模芯的一端，这样成型后的碳纤维壳体上形成一个类似于冒口的结构，可通过夹持该部分实现在后续步骤中碳纤维壳体的固定，在整体工艺流程完成后，将该部分拆除即可。
[0050] 可在排液孔连接有排液阀，通过排液阀实现排液孔的启闭，排液阀设有压力传感器，由压力传感器输出信号给电控制系统控制阀门的开启，当内部模芯融化后，体积增大，排液阀可自动开启；带异形体加工完成后拆除排液阀。
[0051] 在步骤S3中，可以在不同时间段内完成对芯模熔化后液体的排出，其一是：待碳纤维壳体成型后且整体器件温度高于易熔性材料的熔点时，利用加热工具加热保持该温度并排出芯模熔化后的液体，其二是：待整体冷却成型后，再利用加热工具对整体器件进行加热，使整体器件温度高于易熔性材料的熔点且低于碳纤维壳体的熔点，然后排出芯模熔化后的液体。
[0052] 在步骤S4中，根据所需异形件的使用工况，可向金属熔融液内加入耐磨材料或耐高温材料或其它材料，进而提高其磨性和耐高温性或其他性能，也可以在金属层成型后对金属层表面进行渗碳处理或者渗氮处理，可根据实际工况进行选择。
[0053] 为了防止液氮不足时，金属熔融液对碳纤维壳体的热破坏或者液氮过多时，液氮对碳纤维壳体的冷破坏，因此在步骤S4中，需要控制液氮全部气化所需的热量不大于金属熔融液传递至碳纤维壳体上的热量，且不小于金属熔融液的温度低于可影响碳纤维壳体质量的温度之前所传递到碳纤维壳体上的热量，也即在注入液氮以及进行浇铸前，需要掌握好液氮气化及给予碳纤维壳体的冷却时间，不使熔融的金属热破坏碳纤维壳体的质量，同时掌握好熔融金属的浇铸时间及量，防止由于液氮的制冷破坏金属的金相组织，影响其强度等物理性能。
[0054] 由于破坏碳纤维壳体的最低温度在‑180℃左右，为了避免液氮注入与金属熔融液预制时时间差导致液氮率先破坏碳纤维壳体，可在碳纤维壳体的非受力壁上加装一层隔热层，保证碳纤维壳体的非受力壁所受温度高于‑180℃，隔热层的隔热可根据液氮的温度进行选择，或者直接利用变频设备调控注入的液氮温度使其高于‑180℃。
[0055] 为了保证液氮处于低温状态，保护碳纤维的液氮是流动供给碳纤维壳体冷却的。
[0056] 在步骤S5中，针对几何形状规整或不规整的器件时，均可通过向密闭容器内通入高压气体以增加密闭容器内的压力；从而增加对金属熔融液所成型的金属面的压力；在针对几何形状规整的器件时，也可采用爆破施压法以增加密闭容器内的压力，爆破施压法为：在密闭容器内实施爆破，利用爆破时产生的压力进而提高对金属面的压力，或者采用气体脉冲的方式直接对金属熔融液的液面进行冲压。
[0057] 为了避免金属的氧化，高压气体、爆破施压法爆破出的气体、脉冲所应用的气体均为惰性气体。
[0058] 设置通入的高压气体经过变频加温装置加温后进入到密闭容器内，随着通气时间的变化，变频器控制高压气体的温度逐渐变高，高压气体温度变化梯度小于金属熔融液自然凝固过程中的温度梯度变化，延长高压气体对金属熔融液的加工时间，进而能够更好的将金属熔融液压在碳纤维壳体上成型，提高了加工效果；高压气体的压力变化可由变频器变换空压机的输出功率来控制。
[0059] 当采用向密闭容器内通入高压气体以增加密闭容器内的压力的方式时，需要控制密闭容器内的压力逐渐升高，保证在金属熔融液凝固过程中，密闭容器内的压力不小于同一时间内金属冷却凝固所产生的回弹力，进一步确保了金属熔融液形成金属层后，能够牢固的附着在碳纤维壳体的外表面上。
[0060] 当采用爆破施压法以增加密闭容器内的压力的方式时，可进行一次或多次爆破，当进行一次爆破时，爆破产生的压力作用时间不小于金属熔融液的冷却凝固时间，且所产生的压力不小于金属熔融液的冷却凝固时所产生的回弹力，进一步确保了金属熔融液形成金属层后，能够牢固的附着在碳纤维壳体的外表面上；当进行多次爆破时，多次爆破产生的压力作用时间不小于金属熔融液的冷却凝固时间，单次爆破时的爆破力大于上次爆破时的爆破力，且每次爆破时所产生的压力不小于同一时间内金属冷却凝固所产生的回弹力，进一步确保了金属熔融液形成金属层后，能够牢固的附着在碳纤维壳体的外表面上。
[0061] 当采用气体脉冲的方式时，借助脉冲器实现高压气体的脉冲式输出，产生脉冲冲击力或压力，在其作用下，使熔融的金属坚实的附着在碳纤维壳体表面，脉冲气体的压力随时间增加而增大，且由于脉冲是间断式供气，且需要保证温度降低时的梯度，因此控制脉冲气体的温度随时间增加而增大；利用脉冲手段时，金属的组织、性能得到改善，金属经过脉冲压力冲压加工后，其内部组织发生显著的变化，熔融的金属，其内部常存在疏松、晶粒粗大、组织不均匀、成分偏析等缺陷，经过高压气体脉冲冲压，压力加工后组织中的疏松得到密合，内部致密，打碎粗大的枝晶，细化晶粒，改善偏析，熔融金属通过高压气体脉冲冲压，形成得到的金属，稳定性好、纤维组织合理、组织细化，改善第二相的分布，金属的塑性、冲击韧度、疲劳性能等得到很大的提高，而且金属与金属之间性能变化幅度小。
[0062] 易熔性材料为石蜡或锡等材料，金属熔融液的材质为铁、铜、钢或合金钢等材料，金属熔融液的材质可根据实际需求进行选择。
[0063] 根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
[0064] 需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0065] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
