超声波振动法制备层状碳纤维增强铝基复合材料

发布时间：2020-06-04 06:41

【摘要】：碳纤维增强铝基(Cf/Al)复合材料具有比强度、比模量高、设计性强、热力学性能好等优点,受到广泛关注并广泛应用于结构材料领域。目前,国内外对制备Cf/Al复合材料的工艺方法进行了一系列的研究。其中,以热压法、挤压铸造法、真空浸渗法较为常见。通过对现有Cf/Al复合材料的制备工艺进行分析可知,多数现有制备工艺的周期长,操作复杂,碳纤维与基体金属的反应时间长,碳纤维损伤较大等劣势。超声波振动法可以有效的缩短制备时间且操作简便。因而本文采用超声振动法制备Cf/Al复合材料。并利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和多功能电子拉伸机等对Cf/Al复合材料进行微观组织和性能进行分析,并对微观组织的形成机理和力学性能的影响因素进行了研究。研究结果表明:超声振动在金属液中传播时可在局部产生高压高速液流,利用自制预制体可成功制备碳纤维分散均匀、碳纤维与基体结合良好的Cf/Al复合材料。碳纤维上的预紧应力对于Cf/Al复合材料的制备具有较大影响。预紧应力不同的碳纤维复合材料中孔洞缺陷尺寸随预紧应力增大呈现先减小后增大的趋势。预紧应力为4N时,碳纤维可实现均匀分布,其抗拉强度可达243.6MPa。经分析,预紧应力过小使得碳纤维在偏离超声波产生的金属液流中心导致超声波无法均匀作用于碳纤维,无法实现铝液对碳纤维的浸渗。预紧应力过大则会在基体中发生纤维聚集,纤维对超声波的抵抗作用较大,使得铝液无法浸入部分聚集纤维间隙。而预紧应力为4N时,碳纤维在制备过程中所能在熔融铝中均匀分散,使铝液对其间隙进行填充。实验结果表明,纤维排布对层状碳纤维增强铝基复合材料的性能及断裂方式具有较大影响。沿平行于底层方向拉伸,随着顶层与底层纤维之间角度按0°、30°、45°、60°和90°变化时,层状复合材料的抗拉强度呈降低趋势,0°最高为238.6MPa,对应的断裂方式由单一纤维拔出向纤维拔出与界面-纤维复合断裂或界面剥离相结合的断裂方式转变。沿垂直于底层方向拉伸,两层间角度按0°至90°变化时,层状复合材料的抗拉强度呈增加趋势,90°最高为160.3MPa,对应的断裂方式由界面剥离向界面剥离与界面-纤维复合断裂或纤维拔出相结合的断裂方式转变。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB333

【参考文献】