Y元素对Cf/Al复合材料界面影响的第一性原理计算及其验证
发布时间：2021-06-07 01:58
为改善Cf/Al复合材料界面结合状态,国内外进行大量基体合金化的研究,而现阶段的研究以实验为主而缺少理论研究。本文采用第一性原理计算模拟Cf/Al复合材料界面,探究向Al基体中添加合金Y元素对界面的影响。针对模拟结果优选制备了基体中添加Y元素的Cf/Al复合材料,对复合材料微观组织进行SEM、TEM观察,并对其横向拉伸性能、层间剪切性能和弯曲性能进行测试,分析其界面结合状态及其对界面强韧性的影响。基于CASTEP的计算表明,Cf/Al界面模型的粘附功计算值为0.111 J·m-2,其值为正,Cf/Al界面是较稳定界面且Al和C之间由于较大界面间距和无缺陷的石墨环结构导致两者之间无明显的电荷转移。对于稀土元素Y替换Al原子的Cf/Al界面,其粘附功有较大幅度的提高。从晶格缺陷能的计算可知,稀土元素Y替换第一层Al原子时体系最稳定,说明了Y更容易向界面偏聚的特性。通过对比其他合金元素对Cf/Al界面的影响发现Y对界面粘附功的提高程度最大,向基体中添加Y元素对Cf/Al界面的改善作用最明显。本文制备了纯Al基体的Cf/1199以及基体Y元素质量百分数为1%和3%的Cf/Al-1Y、Cf/Al...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同冷却时间的碳纤维表面形貌
图 1-1 不同冷却时间的碳纤维表面形貌[28]a)原始碳纤维；b)冷却 10min；c)冷却 20min；d)冷却 30mint 等[29]利用不同脉冲条件的放电火花等离子烧结(SPS)制备 30，一定脉冲下会造成氧化层破裂而在界面生成 Al4C3晶体。图 l 复合材料界面的 TEM 照片，使用该方法制备时 Al 为非晶态而到了 Al 的晶化，同时也观察到了 Al4C3相。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Kachold 等[30]采用高压模铸法制备了 27 vol.% Cf/Al 复合材料且在 750℃预向 PAN 基碳纤维且获得完全浸渗，但其抗拉强度对比基体材料有所降低。图高压模铸法制备 Cf/Al 复合材料微观组织，可以看出由于短暂的浸渗和凝固时没有 Al4C3生成，但材料中存在未浸渗的区域，基体和碳纤维的界面有析出相也存在人为引入的缺陷。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-Al-Y合金中Al-Y金属间化合物的相稳定性、弹性和热力学性质的第一原理计算[J]. 陈红蕾,林立,毛萍莉,刘正. 中国有色金属学报. 2015(12)
[2]热等静压制备CF/Al复合材料的微观结构及性能[J]. 喻思,郎利辉,姚松,王刚,黄西娜,续秋玉. 中国有色金属学报. 2015(10)
[3]碳纤维预制体表面PyC/SiC复合涂层制备及其对Cf/Al复合材料性能的影响（英文）[J]. 周计明,郑武强,齐乐华,马玉钦,卫新亮,周元彪. 稀有金属材料与工程. 2015(08)
[4]碳纤维增强铝基复合材料的制备及力学性能研究[J]. 邙晓斌. 轻合金加工技术. 2015(07)
[5]Mg对Cf/Al复合材料的界面结构和力学性能的影响[J]. 孙左峰,徐志锋,余欢,王振军. 特种铸造及有色合金. 2013(06)
[6]稀土在铝合金中微合金化研究进展[J]. 陈志国,周娴,舒军,黄裕金. 矿冶工程. 2010(02)
[7]铝晶体自由表面的稳定性计算[J]. 张新明,刘建才,唐建国,陈明安. 中国有色金属学报. 2009(10)
[8]纤维材料在航空领域的应用[J]. 朱逸生. 合成纤维. 2009(04)
[9]消失模铸造法制备CNTs/ZM5镁合金复合材料的研究[J]. 周国华,曾效舒,袁秋红,戚道华. 热加工工艺. 2008(09)
[10]Thermodynamic calculation of intermetallic compounds in AZ91 alloy containing calcium[J]. 吴玉锋,杜文博,聂祚仁,曹林锋,左铁镛. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2006(02)
博士论文
[1]Cf/Mg复合材料组织和力学性能及热膨胀二维各向同性设计[D]. 宋美慧.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]酚醛树脂表面改性碳纤维界面行为与炭化工艺研究[D]. 张夏明.哈尔滨工业大学 2015
[2]Mg含量对沥青基碳纤维增强铝复合材料组织及物理性能的影响[D]. 王晨充.哈尔滨工业大学 2013
[3]Cf/Al复合材料界面显微组织和缺陷的形成与演化机制研究[D]. 王平平.哈尔滨工业大学 2012
[4]Gr/Al-Mg复合材料抗热震与抗烧蚀性能研究[D]. 姜鹤.哈尔滨工业大学 2008
[5]Cf/Ti-Al复合材料的制备及组织和力学性能研究[D]. 姜国庆.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3215610
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同冷却时间的碳纤维表面形貌
图 1-1 不同冷却时间的碳纤维表面形貌[28]a)原始碳纤维；b)冷却 10min；c)冷却 20min；d)冷却 30mint 等[29]利用不同脉冲条件的放电火花等离子烧结(SPS)制备 30，一定脉冲下会造成氧化层破裂而在界面生成 Al4C3晶体。图 l 复合材料界面的 TEM 照片，使用该方法制备时 Al 为非晶态而到了 Al 的晶化，同时也观察到了 Al4C3相。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Kachold 等[30]采用高压模铸法制备了 27 vol.% Cf/Al 复合材料且在 750℃预向 PAN 基碳纤维且获得完全浸渗，但其抗拉强度对比基体材料有所降低。图高压模铸法制备 Cf/Al 复合材料微观组织，可以看出由于短暂的浸渗和凝固时没有 Al4C3生成，但材料中存在未浸渗的区域，基体和碳纤维的界面有析出相也存在人为引入的缺陷。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-Al-Y合金中Al-Y金属间化合物的相稳定性、弹性和热力学性质的第一原理计算[J]. 陈红蕾,林立,毛萍莉,刘正. 中国有色金属学报. 2015(12)
[2]热等静压制备CF/Al复合材料的微观结构及性能[J]. 喻思,郎利辉,姚松,王刚,黄西娜,续秋玉. 中国有色金属学报. 2015(10)
[3]碳纤维预制体表面PyC/SiC复合涂层制备及其对Cf/Al复合材料性能的影响（英文）[J]. 周计明,郑武强,齐乐华,马玉钦,卫新亮,周元彪. 稀有金属材料与工程. 2015(08)
[4]碳纤维增强铝基复合材料的制备及力学性能研究[J]. 邙晓斌. 轻合金加工技术. 2015(07)
[5]Mg对Cf/Al复合材料的界面结构和力学性能的影响[J]. 孙左峰,徐志锋,余欢,王振军. 特种铸造及有色合金. 2013(06)
[6]稀土在铝合金中微合金化研究进展[J]. 陈志国,周娴,舒军,黄裕金. 矿冶工程. 2010(02)
[7]铝晶体自由表面的稳定性计算[J]. 张新明,刘建才,唐建国,陈明安. 中国有色金属学报. 2009(10)
[8]纤维材料在航空领域的应用[J]. 朱逸生. 合成纤维. 2009(04)
[9]消失模铸造法制备CNTs/ZM5镁合金复合材料的研究[J]. 周国华,曾效舒,袁秋红,戚道华. 热加工工艺. 2008(09)
[10]Thermodynamic calculation of intermetallic compounds in AZ91 alloy containing calcium[J]. 吴玉锋,杜文博,聂祚仁,曹林锋,左铁镛. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2006(02)
博士论文
[1]Cf/Mg复合材料组织和力学性能及热膨胀二维各向同性设计[D]. 宋美慧.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]酚醛树脂表面改性碳纤维界面行为与炭化工艺研究[D]. 张夏明.哈尔滨工业大学 2015
[2]Mg含量对沥青基碳纤维增强铝复合材料组织及物理性能的影响[D]. 王晨充.哈尔滨工业大学 2013
[3]Cf/Al复合材料界面显微组织和缺陷的形成与演化机制研究[D]. 王平平.哈尔滨工业大学 2012
[4]Gr/Al-Mg复合材料抗热震与抗烧蚀性能研究[D]. 姜鹤.哈尔滨工业大学 2008
[5]Cf/Ti-Al复合材料的制备及组织和力学性能研究[D]. 姜国庆.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3215610
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