三維增強Cf-Al復合材料微觀組織與高溫力學性能研究.pdf

1、三維增強Cf/Al復合材料是一種典型的輕質(zhì)、高強和結(jié)構(gòu)-性能可設(shè)計復合材料，其不但具有單向增強Cf/Al復合材料比強度和比模量高、熱膨脹系數(shù)小、耐熱性好等優(yōu)點，而且三維編織結(jié)構(gòu)使其具有良好的結(jié)構(gòu)整體性和性能可設(shè)計性，是一種在航空航天領(lǐng)域極具發(fā)展應用潛力的先進復合材料。
　　本文以ZL301為基體合金，以碳纖維（M40）三維五向織物為增強體，采用真空氣壓浸滲法制備了三維五向增強Cf/Al復合材料（簡稱3D-Cf/Al復合材料）。首先

2、研究了纖維預熱溫度對3D-Cf/Al復合材料微觀組織以及室溫與高溫力學性能的影響，確定了其最佳纖維預熱溫度。在此基礎(chǔ)上，研究了兩種纖維體積分數(shù)（45％和50%）的3D-Cf/Al復合材料在室溫與高溫（200~300℃）下的拉伸力學行為，探討了3D-Cf/Al復合材料室溫與高溫拉伸斷裂失效機理。獲得了以下結(jié)論：
　　真空氣壓浸滲法制備的3D-Cf/Al復合材料致密度和纖維分布均勻性隨纖維預熱溫度的提高而改善，但其界面反應產(chǎn)物(Al4

3、C3相)比例隨纖維預熱溫度提高而明顯增加，在同一纖維預熱溫度下制備的復合材料試樣中組織均勻性良好。
　　3D-Cf/Al復合材料室溫強度隨預熱溫度提高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，預熱溫度570℃制備的復合材料室溫極限強度最高(577MPa)；復合材料高溫（300℃下）強度隨預熱溫度提高而增加，預熱溫度600℃制備的復合材料高溫極限強度最高（549MPa），高溫拉伸中基體合金回復軟化引起的界面結(jié)合弱化，有利于發(fā)揮復合材料界面滑移和纖維承

4、載作用，從而提高其高溫力學性能。
　　相同預熱溫度（570℃）下制備的纖維體積分數(shù)45%和50%的3D-Cf/Al復合材料組織均勻性和致密度差異不明顯，而其室溫拉伸極限強度分別為577MPa和859MPa，增大纖維體積分數(shù)可提高復合材料的室溫與高溫力學性能；在相同預熱溫度和纖維體積分數(shù)條件下，3D-Cf/Al復合材料抗拉強度隨拉伸溫度提高呈現(xiàn)先增加后下降的規(guī)律，其彈性模量隨著拉伸溫度上升而持續(xù)降低。
　　3D-Cf/Al復合