Zn-Al合金对碳纤维浸渗性研究及复合层板制备

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wupei0083
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在过去三十年,人们一直在寻找一种集质轻,强度高,抗冲击,耐疲劳和耐腐蚀一体的材料,玻璃纤维/环氧树脂增强铝合金层板在一定程度上满足上述要求。然而这种复合材料存在着层间结合强度低,易发生层间剥离,同时环氧树脂耐高温性能差,易老化等缺点。因此选用金属连接剂来代替环氧树脂可以有效克服上面缺点。本文选用Zn-Al合金作为中间连接剂来代替传统的环氧树脂,利用热压法制备出了碳纤维增强5052铝基复合材料。首先研究了Zn-Al合金在半固态下对碳纤维布的浸渗性。研究了合金成分和热压温度这两个变量对半固态Zn-Al合金的浸渗性能的影响及渗透原理。然后选用浸渗性较好的Zn-Al合金作为连接剂,在最佳温度下热压制备碳纤维增强5052铝基复合材料,然后辅以超声波震动及保温处理得到最终的复合材料。采用电子万能试验机对复合材料进行了室温拉伸力学性能测试(纵向拉伸);利用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料层界面的微观结构进行了观察分析;同时结合能谱仪(EDS)进行了成分分析。实验结果表明:(1)Zn-8Al合金和Zn-27Al在固液比相同的半固态下表现出了对碳纤维不同的浸渗性能。Zn-8Al合金能很好浸渗到碳纤维内部而Zn-27Al不能浸渗碳纤维。(2)提高半固态下的热压温度,虽然液体含量增加,但是对碳纤维浸渗性并不表现出线性的相关性。(3)热压过程中半固态浆料的渗透性可以用半固态中的固相析出速率值(SFIR)进行评估,SFIR值跟相图中的固相线和液相线斜率成反比,同Cs-Cl值成反比。在热压渗透过程中,具有较低的SFIR半固态浆料表现出对碳纤维布较高的渗透性。(4)使用Zn-8Al合金作为中间连接剂,通过热压法制备碳纤维复合材料。碳纤维在连接剂中均匀弥散分布,纤维与连接剂结合良好,连接剂中无明显空洞,缩松等缺陷。(5) Zn-Al合金层与5052基体层之间发生了元素扩散,两者之间的界面是通过冶金结合的方式形成的界面。(6)通过测量复合材料的力学性能,发现碳纤维体积分数达到24.7%时,复合板的抗拉强度和弹性模量分别达到了200MPa和167GPa,跟基体5052相比,抗拉强度和弹性模量分别提高了32.4%和50%。上述结果表明Zn-Al合金在半固态下对碳纤维的浸渗主要取决于SFIR值的大小,SFIR越小,对碳纤维的浸渗性越好。这对选择浸渗性良好的中间连接剂有着指导意义。Zn-8Al作为中间连接剂可以充分发挥连接作用,制备的复合材料跟基体相比强度与弹性模量都有了明显提高。
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