超声波振动法制备碳纤维增强铝基复合材料

发布时间：2017-09-06 17:00

  本文关键词：超声波振动法制备碳纤维增强铝基复合材料

  更多相关文章： 碳纤维增强铝基复合材料 振幅 超声波振动

【摘要】：近些年来,碳纤维增强铝基复合材料以其高的比模量、比强度,结构可设计性和导热率等特点,在结构材料领域得到了广泛应用。目前,国内外已经在碳纤维增强铝基复合材料的制备方面开展了一系列的工作,其中,研究较多的是通过热压法、挤压铸造法、真空气压浸渗法来实现碳纤维与铝基体的复合。通过对现有碳纤维增强铝基复合材料的制备方法的分析可知由于碳纤维增强铝基复合材料的制备工艺复杂,成本较高,还无法实现大规模的应用,基于此本文提出一种利用超声波振动制备碳纤维增强铝基复合材料的工艺方法。并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDAX)、布氏硬度计和多功能电子拉伸机等多种手段对复合材料的微观组织、及形成机理进行了系统的研究,测试了复合材料的力学性能,分析了相关的影响因素。研究结果表明:基于将超声波引入金属液中,液体中质点会发生位移的原理,利用自制预制体可成功制备出组织均匀,增强纤维与基体结合良好的碳纤维增强铝基复合材料。碳纤维的间距随着振幅的增大而显著增长,当振幅从20μm增大到30μm时,碳纤维间距的平均值就由3.8μm增加至7.5μm。实际的碳纤维束受到预紧力的影响,纤维间距与理论数值有一定差值,在实际状态下,振幅有效范围内此差值为2.95μm。由于超声波冲击波对碳纤维施加的力没有变化,以及存在着预制体对碳纤维拉应力的束缚,碳纤维的间距并没有随着振动时间的增长而显著增长。随着实验的不断进行,碳纤维会与基体的铝发生反应生成Al4C3脆性相,严重影响复合材料的力学性能,而利用镍镀层在增强纤维表面的沉积,可以大大抑制增强纤维与铝基体的不良反应,从而得到力学性能良好的复合材料。经过研究发现,在超声波作用的有效范围内,随着复合材料制备过程中振幅的逐渐增大,增强纤维的间距也逐渐增大,基体所承受的载荷来不及转移到全部碳纤维便开始发生断裂,复合材料的抗拉强度随着振幅的增大反而降低。而随着振动时间的延长复合材料抗拉强度显著增加,当振动时间当振动时间从5s增加到20s时,CF/Al复合材料的抗拉强度从98MPa增大到124MPa。并且经过研究其断裂机制发现复合材料的裂纹在强度相对较弱的基体中的缺陷处产生,并扩展。
【关键词】：碳纤维增强铝基复合材料 振幅 超声波振动
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 铝基复合材料的概述10-14
• 1.2.1 铝基复合材料的性能特点10-11
• 1.2.2 铝基复合材料的应用11-14
• 1.3 碳纤维增强铝基复合材料的发展及应用14-19
• 1.3.1 碳纤维的概述14-15
• 1.3.2 纤维增强铝基复合材料的增强机理15-16
• 1.3.3 碳纤维增强铝基复合材料的研究现状16
• 1.3.4 碳纤维增强铝基复合材料的制备方法16-19
• 1.4 超声波在复合材料制备上的应用19-20
• 1.4.1 超声波的基本原理19-20
• 1.4.2 超声波在复合材料制备过程中的应用现状20
• 1.5 课题研究内容20-21
• 第2章 实验材料及测试方法21-24
• 2.1 实验材料21
• 2.2 复合材料的制备21-22
• 2.3 实验内容22-24
• 2.3.1 显微组织观察22
• 2.3.2 XRD物相分析22
• 2.3.3 拉伸强度测试22-23
• 2.3.4 硬度测试23-24
• 第3章 实验工装设计24-34
• 3.1 碳纤维化学镀镍实验优化24-26
• 3.2 实验装置的工装设计26-31
• 3.2.1 超声波发生装置的设计26-28
• 3.2.2 实验冷却装置的设计28-29
• 3.2.3 碳纤维固定方式29-31
• 3.3 拉伸实验的设计31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 工艺参数对复合材料组织形貌的影响34-46
• 4.1 无振动条件下制备碳纤维铝基复合材料34
• 4.2 利用超声振动的制备工艺分析34-36
• 4.3 CF/Al复合材料显微组织分析36-37
• 4.4 超声振动工艺参数对复合材料显微组织的影响37-44
• 4.4.1 不同振幅对复合材料显微组织的影响37-41
• 4.4.2 不同振动时间对复合材料显微组织的影响41-44
• 4.5 本章小结44-46
• 第5章 碳纤维增强铝基复合材料的组织和性能分析46-58
• 5.1 CF/Al复合材料XRD物相分析46-47
• 5.2 碳纤维增强铝基复合材料拉伸性能测试47-55
• 5.2.1 超声波振幅对拉伸性能的影响48-51
• 5.2.2 振动时间对拉伸性能的影响51-55
• 5.3 硬度性能测试55-56
• 5.4 本章小结56-58
• 第6章 结论58-59
• 参考文献59-63
• 在学研究成果63-64
• 致谢64

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;日本研制开发出高强铝基复合材料[J];铝加工;2001年06期

2 白芸,韩恩厚,谭若兵,毕敬;铝基复合材料性能的研究现状[J];材料保护;2003年09期

3 刘卫红,孙大谦,贾树盛,邱小明;非连续增强铝基复合材料连接新工艺[J];沈阳工业大学学报;2003年03期

4 张启胜;浅谈铝基复合材料的研究及应用[J];青海科技;2004年05期

5 吕一中;;铝基复合材料在交通运输工具中的应用[J];北京工业职业技术学院学报;2006年01期

6 钟宇;熊计;赵国忠;王钧;赖人铭;;铝基复合材料的研究现状[J];轻合金加工技术;2008年12期

7 侯丽丽;尹志新;樊新波;;铝基复合材料的研究现状及发展[J];热加工工艺;2008年10期

8 ;新型铝基复合材料填补国内空白[J];铝加工;2008年03期

9 ;首届铝基复合材料技术及应用研讨会征文启事[J];上海有色金属;2008年03期

10 张蜀红;刘炳;;铝基复合材料热处理的研究及发展应用[J];热加工工艺;2009年22期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 罗洪峰;符新;李粤;廖宇兰;;新型绿色材料-粉煤灰颗粒增强铝基复合材料[A];2009海峡两岸机械科技论坛论文集[C];2009年

2 彭丽平;王兆松;李剑锋;吕世功;王春;李国卿;;铝基复合材料表面多层复合厚膜的研究[A];TFC’09全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2009年

3 罗洪峰;符新;李粤;廖宇兰;;新型绿色材料-粉煤灰颗粒增强铝基复合材料[A];十三省区市机械工程学会第五届科技论坛论文集[C];2009年

4 朱秀荣;童文俊;费良军;王荣;;陶瓷纤维增强梯度铝基复合材料研究[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

5 欧阳求保;王文龙;张曾祜;张国定;李瑞祥;;铝基复合材料太阳能桁架部件的研制[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年

6 陈国钦;孙东立;张强;姜龙涛;武高辉;;冷热循环处理对铝基复合材料热膨胀行为的影响[A];复合材料：生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年

7 佟林松;樊建中;肖伯律;;低热膨胀铝基复合材料的研究进展[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年

8 丁伟;修子扬;张东华;;5A06铝合金及铝基复合材料薄板的高速撞击行为研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 王黎东;费维栋;姚忠凯;;含β-锂霞石颗粒和硼酸铝晶须的铝基复合材料研究[A];复合材料：生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年

10 张文毓;;热喷涂用铝基复合材料的制备工艺[A];第九届全国粉体工程学术会暨相关设备、产品交流会论文专辑[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 孔祥海 赵秀娟;新型铝基复合材料填补国内空白[N];中国有色金属报;2008年

2 记者史爱萍;增强铝基复合材料前景看好[N];中国有色金属报;2009年

3 王迅;江苏省铝基复合材料中心获准建立[N];中国有色金属报;2004年

4 市科发;我市“铝基复合材料工程技术研究中心”建设成效显著[N];镇江日报;2007年

5 北京航空材料研究院高级工程师 桂满昌;东西好还得做得精[N];科技日报;2001年

6 本报通讯员 吴奕 张明平;他的发明为何成群结队？[N];科技日报;2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王智;非陶瓷不连续体增强铝基复合材料的制备、组织和力学性能研究[D];华南理工大学;2015年

2 刘一雄;Ti颗粒与SiC_p协同增强铝基复合材料组织性能与强化机理研究[D];华南理工大学;2015年

3 刘卫红;铝基复合材料瞬间液相扩散连接[D];吉林大学;2004年

4 许志武;液态钎料与铝基复合材料超声润湿复合机理及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

5 刘崇宇;累积叠轧焊法制备铝基复合材料的研究[D];燕山大学;2013年

6 刘江;搅拌反应合成Al-Fe金属间化合物强化铝基复合材料[D];重庆大学;2003年

7 范国华;添加BaPbO_3颗粒的铝基复合材料的组织性能与高温变形研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

8 杨旭东;均匀分散的碳纳米管增强铝基复合材料的制备与性能[D];天津大学;2012年

9 聂存珠;B_4C颗粒增强Al基复合材料的制备及焊接性研究[D];上海交通大学;2008年

10 寇生中;XD反应合成Al_2O_（3p）-TiC_p/Al复合材料的热力学及动力学过程的研究[D];兰州理工大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李艳鹏;氩弧熔化制备TiC_P/Al复合材料中TiC的形成过程及影响因素研究[D];郑州大学;2015年

2 李建新;网状(CNTs+SiCw)/2024Al基复合材料的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 高振增;激光沉积制备WC_p/Al复合材料微观组织及增强相调控研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 聂希;纳米SiC_p增强7075铝基复合材料半固态触变成形研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 方颂;网状(Al_3Zr+Al_2O_(3np))/6061复合材料制备及力学性能[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 熊俊杰;原位颗粒增强ADC12铝基复合材料的制备及研究[D];南昌大学;2015年

7 赵振兴;短碳纤维增强铝基复合材料的制备工艺及性能研究[D];河南科技大学;2015年

8 胡东甫;高洁净度原位TiB_2增强铝基复合材料的制备[D];大连理工大学;2015年

9 汤煈;原位自生6063/TiB_2铝基复合材料搅拌摩擦加工的研究[D];上海交通大学;2015年

10 但承益;TiB_2颗粒对铝基复合材料变形过程的影响[D];上海交通大学;2015年

，

本文编号：804327