论文部分内容阅读
三维增强C_f/Al复合材料是一种典型的轻质、高强和结构-性能可设计复合材料,其不但具有单向增强C_f/Al复合材料比强度和比模量高、热膨胀系数小、耐热性好等优点,而且三维编织结构使其具有良好的结构整体性和性能可设计性,是一种在航空航天领域极具发展应用潜力的先进复合材料。本文以ZL301为基体合金,以碳纤维(M40)三维五向织物为增强体,采用真空气压浸渗法制备了三维五向增强C_f/Al复合材料(简称3D-C_f/Al复合材料)。首先研究了纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料微观组织以及室温与高温力学性能的影响,确定了其最佳纤维预热温度。在此基础上,研究了两种纤维体积分数(45%和50%)的3D-C_f/Al复合材料在室温与高温(200~300℃)下的拉伸力学行为,探讨了3D-C_f/Al复合材料室温与高温拉伸断裂失效机理。获得了以下结论:真空气压浸渗法制备的3D-C_f/Al复合材料致密度和纤维分布均匀性随纤维预热温度的提高而改善,但其界面反应产物(Al4C3相)比例随纤维预热温度提高而明显增加,在同一纤维预热温度下制备的复合材料试样中组织均匀性良好。3D-C_f/Al复合材料室温强度随预热温度提高呈现先增加后降低的趋势,预热温度570℃制备的复合材料室温极限强度最高(577MPa);复合材料高温(300℃下)强度随预热温度提高而增加,预热温度600℃制备的复合材料高温极限强度最高(549MPa),高温拉伸中基体合金回复软化引起的界面结合弱化,有利于发挥复合材料界面滑移和纤维承载作用,从而提高其高温力学性能。相同预热温度(570℃)下制备的纤维体积分数45%和50%的3D-C_f/Al复合材料组织均匀性和致密度差异不明显,而其室温拉伸极限强度分别为577MPa和859MPa,增大纤维体积分数可提高复合材料的室温与高温力学性能;在相同预热温度和纤维体积分数条件下,3D-C_f/Al复合材料抗拉强度随拉伸温度提高呈现先增加后下降的规律,其弹性模量随着拉伸温度上升而持续降低。3D-C_f/Al复合材料在高温拉伸中表现出比室温下更高的断裂极限强度,提高变形温度一方面减弱了复合材料室温下的界面结合强度,有利于发挥其界面滑移脱粘对外部载荷能量的耗散能力,另一方面可部分消除制备中纤维/基体热膨胀系数失配引起的残余应力,从而使复合材料具有较高的高温承载能力。