连续碳纤维增强镁基复合材料（C_f/Mg复合材料）以其密度低、比强度、比模量高、热膨胀系数低等突出的特性,成为轻量化、高性能结构材料开发的热点之一,在航空、航天、军工等领域具有广阔的应用前景。在C_f/Mg复合材料中,界面起着传递载荷、调节复合材料内的应力分布、阻止裂纹扩展、发挥纤维增强效果的作用,界面状态是影响复合材料整体性能的决定性因素。碳镁界面润湿性较差,不仅导致复合材料制备困难,同时还影响载荷传递;而改善界面润湿的手段通常会引起界面反应,使得界面脆化,降低复合材料的力学性能。获得理想的界面状态是C_f/Mg复合材料发展应用的关键。本文针对C_f/Mg复合材料的界面问题,以获得高性能C_f/Mg复合材料为目的,采用真空吸渗挤压法制备了复合材料,通过调整基体合金成分、纤维表面涂层状态和后续热处理,系统研究了合金元素、涂层状态及工艺因素对复合材料组织和界面状态的影响,讨论了组织和界面对复合材料性能的影响,探索了C_f/Mg复合材料的界面及其失效行为,建立了复合材料界面类型与力学性能的关系。本文的主要研究内容及结果如下:工艺参数对真空吸渗挤压制备C_f/Mg复合材料的界面及性能有显著影响。通过制备试验及组织性能测试,确定当前实验条件下真空吸渗挤压制备C_f/Mg复合材料的最佳工艺参数为:浸渗温度590℃,浸渗压力30 MPa,冷却速率20℃/min。热处理后,C_f/AZ91D复合材料的抗拉强度从400 MPa提高到420 MPa,热处理对于复合材料的强化归因于界面析出物的溶解,界面处的亚晶以及纳米MgO界面层。TiO₂与PyC纤维涂层可有效保护纤维并改善界面状态。TiO₂-C_f/AZ91D与PyC-C_f/AZ91D复合材料的抗拉强度分别为333 MPa和400 MPa,相对于无纤维涂层的C_f/AZ91D复合材料分别提升了41.7%和70.2%。无纤维涂层C_f/AZ91D复合材料中的基体与纤维之间发生界面反应生成碳化物Al₄C₃,是造成复合材料力学性能较差的主要原因。TiO₂-C_f/AZ91D复合材料中TiO₂与镁基体在界面处发生化学反应,生成纳米尺度的MgO颗粒,有利于界面的润湿以及纤维的保护。在PyC-C_f/AZ91D复合材料中,PyC涂层有效抑制了界面反应,保护了纤维。纤维PyC涂层对于复合材料性能提高程度更大,但成本也更高;而TiO₂涂层对复合材料整体性能提升程度相对较小,但成本更为低廉。镁基体中的铝元素含量对C_f/Mg复合材料的界面及力学性能有显著影响。无纤维涂层时,C_f/AZ91D复合材料中的纤维损伤相对于C_f/AZ31复合材料更为严重,表明基体中高的铝含量造成了更严重的纤维结构损伤,降低了碳纤维的性能,进而直接降低了复合材料的性能。有纤维涂层时,PyC-C_f/AZ31和PyC-C_f/AZ91D复合材料的界面均未发生界面反应,而是析出了Mg₁₇Al₁₂,PyC-C_f/AZ91D复合材料由于铝元素含量更高,其界面处的Mg₁₇Al₁₂析出相数量和尺寸更大。PyC-C_f/AZ31复合材料基体铝含量相对较低,铝原子向界面的扩散得不到补充,界面处出现PFZ。PyC-C_f/AZ31复合材料界面处的Mg₁₇Al₁₂析出相更为细小均匀,且界面处的PFZ有利于缓解界面应力,使得PyC-C_f/AZ31复合材料的抗拉强度略高于PyC-C_f/AZ91D复合材料。镁基体中的稀土元可改善C_f/Mg复合材料的界面状态。PyC-C_f/AE44复合材料中,铝元素和稀土元素倾向于向纤维表面聚集,形成块状相Al₂RE和层片状相Al₁₁RE₃。Al-RE相优先于Al-Mg析出,消耗了Al原子,抑制了Mg₁₇Al₁₂的形成。PyC-C_f/AE44复合材料的抗拉强度为412 MPa,相对AE44提高127%,弹性模量提高74%;断口形貌显示纤维成束拔出,表明在RE与Al的共同作用下,界面强度适中,纤维充分发挥增强作用。PyC-C_f/AZ91D复合材料基体中的铝原子倾向于在纤维表面聚集,形成Mg₁₇Al₁₂。铝向界面的聚集有利于促进合金在纤维间的浸渗。PyC-C_f/AZ91D复合材料的抗拉强度约为400 MPa,相对于AZ91D合金提高了120%。PyC-C_f/AZ91D复合材料中的热解碳涂层可有效抑制界面反应并保护纤维,界面处由于热解碳涂层与基体合金的热膨胀系数不匹配而出现应力场。PyC-C_f/AZ91D复合材料界面处无反应物,PyC涂层可有效抑制界面反应并保护纤维。PyC-C_f/AZ91D复合材料的界面失效发生在热解碳与基体合金之间。2D-C_f/Mg复合材料的断裂过程为:横向纤维界面断裂——基体传递载荷——纵向纤维承受载荷——纵向纤维断裂。界面结合状态对复合材料的断裂方式有显著影响。真空吸渗挤压C_f/Mg复合材料的界面可分为欠润湿界面、反应型界面和析出型界面三种类型。欠润湿界面C_f/Mg复合材料中的界面结合相对较弱,载荷无法在纤维与基体之间有效传递,复合材料性能较差;反应型界面C_f/Mg复合材料中由于界面反应物多为脆性碳化物,不仅造成界面结合过强造成纤维受载时直接脆断,同时界面反应物还会破坏纤维自身结构,导致反应型界面C_f/Mg复合材料的性能通常很差;析出型界面C_f/Mg复合材料中的界面析出物有助于促进合金的浸润,且无界面反应,复合材料力学性能优异,是较为理想的界面类型。