Cf-Mg復(fù)合材料力學(xué)與熱膨脹性能研究及纖維排布設(shè)計(jì).pdf

1、本文以AZ91D鎂合金及ZM6稀土鎂合金為基體，M40石墨纖維為增強(qiáng)體，采用壓力浸滲技術(shù)分別制備出結(jié)構(gòu)為單向板(纖維60vol.％)和層合板(纖維50vol.%，鋪層角度為±23°的石墨纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。
　　利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、電子拉伸試驗(yàn)機(jī)和熱分析儀研究了碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的微觀組織、力學(xué)性能和熱膨脹性能，探討了基體類型、熱處理工藝、增強(qiáng)體排布方式等因素對(duì)復(fù)合材料性能的影

2、響，纖維排布設(shè)計(jì)，使復(fù)合材料在二維平面內(nèi)滿足近似各向同性。
　　研究結(jié)果表明，復(fù)合材料組織致密，纖維與基體結(jié)合良好。M40/AZ91D和M40/ZM6復(fù)合材料界面處分別存在Al17Mg12和Mg12Nd兩種不同析出相。經(jīng)過退火及 T6處理，Cf/Mg復(fù)合材料界面處析出物數(shù)量增加，尺寸增大，導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能下降。隨著鋪層纖維角度的增加，單向Cf/Mg復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度及彈性模量逐漸降低，材料失效由纖維斷裂拔出過渡為界面開裂，復(fù)合材

3、料各向異性明顯?！?3°層合板結(jié)構(gòu)復(fù)合材料可有效緩解單向板復(fù)合材料力學(xué)性能各向異性。
　　Cf/Mg復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)同樣受到熱處理方式的影響，鑄態(tài)、退火態(tài)及T6態(tài)復(fù)合材料線膨脹系數(shù)依次降低。單向Cf/Mg復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)具有明顯的方向性，隨著測(cè)試方向與纖維取向夾角從0°到90°增加，M40/AZ91D熱膨脹系數(shù)從1.4~19.4×10-6/K遞增，M40/ZM6的熱膨脹系數(shù)變化范圍為1.2~18.4×10-6/K。采用 Kel

4、ly模型可以準(zhǔn)確計(jì)算單向復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。20~150℃℃范圍內(nèi)，±23°M40/AZ91D層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的平均線膨脹系數(shù)變化范圍小于單向板變化范圍，明顯改善單向板的各向異性。根據(jù) Kelly模型，預(yù)測(cè)出的±23°M40/AZ91D層合板復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)與測(cè)試值符合良好。基于此模型對(duì)Cf/Mg復(fù)合材料纖維排布進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合材料采用±45°纖維排布時(shí)，其熱膨脹系數(shù)在平面內(nèi)近似各向同性，此時(shí)M40/AZ91D層合板復(fù)合