连续Cf/Al复合材料热压扩散结合工艺及微观组织研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joelin0725
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连续Cf/Al复合材料因其具有高比强度、高比模量、低膨胀系数和良好的可设计性而受到国内外学者的广泛关注,并已发展成为现代国防尖端技术领域最具战略性的结构材料之一。但C-Al之间的润湿性较差及液态法制备温度过高使界面反应严重,导致Cf/Al复合材料的组织与性能较差。本文分别选用铝箔和铝粉为基体,T300碳纤维布为增强体。采用热压扩散结合工艺制备连续Cf/Al复合材料。系统研究了热压温度、热压时间及热压压力等工艺参数对Cf/Al复合材料的致密度、微观组织、以及界面反应的影响规律。获得主要结论如下:采用热压扩散结合工艺成功制备了以碳纤维布为增强体的连续Cf/Al复合材料。铝与碳纤维复合效果良好,Cf/Al复合材料组织致密,界面结合紧密,没有裂纹、孔洞等缺陷。随着热压温度的升高,Cf/Al复合材料的致密度增加。铝箔为基体,热压温度为650℃,热压时间为20min,热压压力为30MPa,复合材料致密度达到98.5%。铝粉为基体,正交实验优化的最优工艺参数为:热压温度640℃、热压时间50min、压力15MPa,复合材料致密度达到98.3%。铝粉作为基体,复合材料的热压扩散结合相对容易,热压温度较低。铝箔为基体,热压温度低于650℃时,铝无法扩散到碳纤维束间及纤维束丝间隙中;铝箔与碳纤维无法粘结,复合材料存在分层现象。热压温度升高到650℃,热压时间为20min,热压压力为30MPa时,铝扩散至纤维束之间及束丝间隙中,纤维束间充填完整,碳纤维在铝基体中均匀分布。铝粉作为基体,热压温度低于640℃时,铝与碳纤维布只在接触表面发生扩散结合,并未扩散到碳纤维束间及纤维束丝间的间隙中,复合材料存在分层现象。热压温度升高到640℃,热压时间为50min、压力为15MPa时,铝完全扩散到碳纤维束内部及束丝间隙中,碳纤维在铝基体中均匀分布,界面结合紧密。随着热压温度的升高,Al4C3的生成量增加。铝箔作为基体,热压温度为560℃,热压时间为35min、热压压力为30MPa,Al4C3的生成量为1.3%。铝粉为基体,正交实验优化的制备工艺参数为:热压温度560℃、热压时间20min、热压压力20MPa,Al4C3生成量为1.4%。综合分析Cf/Al复合材料致密度、微观组织和界面反应的影响因素,铝粉为基体,最佳热压扩散结合工艺参数为:热压温度640℃、热压时间50min、热压压力15MPa。
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