预热温度对三维五向Cf/Al复合材料微观组织及室温与高温力学性能的影响

以石墨纤维三维五向织物为增强体,铝合金ZL301为基体材料,采用真空辅助压力浸渗法制备了三维五向增强C_f/Al复合材料,研究了不同温度制备的复合材料微观组织特征和界面反应程度,测试了复合材料在室温和高温下的拉伸力学性能并分析了其断口形貌。结果表明：复合材料相对致密度随制备温度提高而增加,纤维局部偏聚现象也明显减少,与此同时,界面反应物Al₄C₃相随制备温度提高而显著增多,530℃到570℃复合材料室温拉伸极限强度随组织缺陷减少而增加,570℃到600℃复合材料室温极限拉伸强度随界面反应程度增大而显著降低;高温拉伸极限强度随制备温度提高而增加,适当提高界面反应程度有利于提高复合材料高温力学性能,高温拉伸中基体合金回复软化和界面结合强度弱化促进了复合材料断裂过程中的纤维拔出与界面滑移。     

纤维预热温度对2.5D-C_f/Al复合材料致密度和强度的影响

以石墨纤维2.5D织物为增强体,ZL301铝合金为基体,采用真空气压浸渗法制备了碳纤维体积分数为42%的2.5D-C_f/ZL301复合材料,研究了纤维预热温度对复合材料致密度和力学性能的影响。结果表明,随着纤维预热温度的升高,2.5D-C_f/Al复合材料的致密度呈现先增加后减少的趋势;而复合材料室温抗拉强度随纤维预热温度提高而持续下降,这是因界面反应加剧而导致的界面结合过强而导致的复合材料力学性能恶化。     

纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织及力学性能的影响

采用真空气压浸渗法制备纤维体积分数为51%的三维五向编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-C_f/Al),研究纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响,并对比研究3D-C_f/Al复合材料与单向连续C_f/Al复合材料的差异。结果表明:复合材料致密度随着编织体预热温度的提高而增大,提高预热温度可有效减少复合材料内部孔洞和纤维偏聚等浸渗缺陷;复合材料的拉伸强度随纤维预制体预热温度的提高而显著降低。其中,在预热温度500℃、浸渗温度720℃、浸渗压力7 MPa和保压时间20 min的工艺条件下,所制备的3D-C_f/Al复合材料致密度为97.3%,拉伸强度为777.8 MPa,弹性模量为186.1 GPa。     

2.5维织物C_f/Al复合材料制备及其经纬向拉伸变形力学行为研究

以石墨纤维2.5维机织物为增强体,铝合金ZL301为基体材料,采用真空辅助压力浸渗法制备了2.5维织物Cf/Al复合材料,研究了3种织物预热温度下制备的复合材料相对致密度和微观组织形貌,分析了其界面产物组成与界面结构特征,测试了其经、纬向准静态拉伸变形力学行为并分析了其断口形貌。结果表明:复合材料织物的细观结构完整,内部纤维分布均匀,致密度随预热温度提高而略有上升,界面棒状产物为Al4C3相,其相对含量随预热温度的提高而增加,从而引起复合材料经向和纬向力学性能的下降。复合材料经向拉伸强度高于纬向拉伸强度,且其应力-应变行为呈现出显著的非线性特征,复合材料经向和纬向拉伸变形过程均可划分为3个阶段:初始弹性变形阶段、中间弹塑性变形阶段和最终损伤与断裂阶段。     

SPS工艺对GNFs/Al复合材料界面特征及力学性能的影响

利用放电等离子烧结(SPS)技术在不同温度及保温时间条件下制备了石墨烯/铝基复合材料,并对其微观组织及拉伸力学性能进行分析。结果表明,通过改变SPS工艺可调控石墨烯/铝的界面特征,进而影响复合材料的力学性能。500℃烧结时,石墨烯/铝界面反应虽被抑制,但界面结合力较弱,复合材料强度低;烧结温度提高到560℃时,界面结合力明显增强,且通过短时快速烧结可有效控制界面反应的发生,使复合材料力学性能明显提高。此外,石墨烯纳米片还可抑制铝基体晶粒随烧结温度升高而长大。     

预热温度对SiC_f/Al复合材料纤维损伤和性能的影响

选用单向排布SiC纤维预制体为增强体材料,ZL301合金为基体材料,纤维预热温度选取500、530、550℃,制备纤维体积分数为40%的连续SiCf/Al复合材料,研究了不同纤维预热温度对连续SiC_f/Al复合材料的相组成、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明,随着纤维预热温度上升,纤维的损伤越严重,预热500℃的纤维抗拉强度最高,为1 827MPa,是SiCf纤维原丝强度的77.7%,预热550℃时的纤维抗拉强度最低,仅为1 360MPa;纤维预热温度对连续SiC_f/Al复合材料的力学性能有较大影响,纤维预热温度为530℃时复合材料的抗拉强度最高,为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,表现出适中的界面结合强度。     

TP-650颗粒增强钛基复合材料的性能与组织特征

研究了TP-650颗粒增强钛基复合材料的性能与组织。结果表明复合材料的室温静拉伸强度随热处理温度的升高而增加。经炉冷处理TP-650棒材的室温拉伸强度比油冷或空冷处理的要高。TP-650的使用温度比传统高温钛合金IM1834，Ti-1100要高50℃～100℃。500℃以上，复合材料表现出良好的高温稳定性能。显微组织显示了TiC颗粒弥散分布，复合材料组织均匀，TiC和基体冶金结合，界面较小。     

挤压铸造Mullite短纤维/M124F铝基复合材料

用挤压铸造工艺制备了莫来石(mullite)短纤维增强马勒124合金(M124F)铝合金基复合材料.研究了其从常规室温到400℃高温的拉伸性能,以及热膨胀性能和硬度;体积分数为17%的莫来石(mullite)短纤维增的复合材料,在300℃高温强度比其他增强相复合材料提高15%以上.通过对拉伸断口的SEM观察,分析了复合材料的失效机制,裂纹源主要生成于增强纤维与基体的复合界面上.     

TiNiSMA丝增强AZ31镁合金复合材料的制备及性能

采用真空热压法制备了体积分数为12.8%的TiNi丝增强镁合金基复合材料,通过光学显微镜、SEM、EDS、DSC以及拉伸试验研究了复合材料的微观组织结构及力学性能。结果表明：制备的复合材料界面结合良好,基体中的Mg元素以及TiNi合金中的Ti、Ni元素均发生了扩散,形成约1μm的互扩散层。复合材料在高温条件下的力学性能优于室温,100℃下复合材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量比室温条件下分别提高了61MPa、41MPa和6.05GPa,150℃下复合材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量比室温条件下分别提高了39MPa、72MPa和12.19GPa。     

2.5D-C_f/Al复合材料的经向高温力学性能及其变形断裂行为

以M40J碳纤维的2.5D浅交直联编织预制体为增强体,ZL301合金为基体材料,采用真空压力浸渗法,制备纤维体积分数50%的2.5D碳纤维增强铝基复合材料;研究2.5D浅交直联结构复合材料的致密度和微观组织,在室温、350℃和400℃环境下进行经向拉伸力学性能测试并分析其变形断裂行为。结果表明:2.5D复合材料的致密度较高达到96.2%,细观结构完整,纤维排布均匀,微观组织无明显铸造缺陷,界面上大多数区域较为干净,存在棒状的Al_4C_3界面相;2.5D-C_f/Al的室温、350℃和400℃的经向拉伸强度分别为531、451和408 MPa,材料的高温强度损失率仅为23%;其应力-应变曲线呈现明显非线性特征,复合材料的室温和高温拉伸断裂过程可以分为3个阶段,即基体承载阶段、纤维承载阶段、损伤与断裂阶段。     

液相搅拌铸造法制备SiC_p/Al复合材料的力学性能

对旋涡搅拌铸造法制备的SiCp/Al复合材料的界面和力学性能进行了分析研究。结果表明 ,SiCp/Al的界面结合为性能良好的冶金结合。SiC颗粒能提高铝基体的拉伸强度 ,同时显著提高铝基体的室温硬度与高温硬度     

SiC_p/ZL201复合材料的力学性能

研究了ＳｉＣｐ尺寸、含量及热处理工艺对铸造ＳｉＣｐ／ＺＬ２０１复合材料的室温和高温力学性能的影响。随ＳｉＣｐ含量的提高和粒子尺寸的增大,复合材料的室温抗拉强度呈下降趋势。随温度升高,基体合金的抗拉强度急剧下降,而复合材料的则下降较小。当温度大于２４０℃时复合材料的抗拉强度高于基体合金,表明ＳｉＣｐ的加入显著提高了基体合金的高温抗拉强度。     

SiC_f/TC17复合材料拉伸行为研究

研究了Si Cf/TC17复合材料的室温、高温(773 K)拉伸性能及其断裂机制.结果表明:Si Cf/TC17复合材料室温、高温应力-应变曲线受纤维线弹性变形和基体屈服程度影响呈现不同的形状;室温断裂机制主要是反应层多次断裂、纤维一次断裂和基体脆性断裂等,高温断裂机制主要是纤维多次断裂、基体韧性断裂和大范围的界面脱黏等;纤维累计损伤理论适合于对Si Cf/TC17复合材料断裂强度的估测,其中室温断裂强度符合临界断裂纤维数大于或等于3时的局部承担载荷模型,高温断裂强度符合均匀承担载荷模型.结合断裂机制和强度估算结果,详细论述了Si Cf/TC17复合材料室温、高温拉伸断裂过程.     

热处理纤维增强碳基复合材料的力学性能和抗氧化性能

以不同温度热处理纤维为增强体,以酚醛树脂为碳基体先驱体,利用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备碳纤维增强碳基(C/C)复合材料。微观形貌观察发现纤维热处理能够改变C/C多孔体(经过一次裂解后)的孔隙尺寸和分布模式。力学性能测试发现,随着热处理温度提高,C/C复合材料的力学性能不断提高,对纤维进行1200℃热处理后,C/C弯曲强度和层间剪切强度分别提高了1.58倍和1.21倍,同时失效模式由脆性断裂转变为假塑性断裂。抗氧化性能研究发现,600℃热处理纤维增强材料的抗氧化性能提升,而更高温度的纤维热处理导致材料抗氧化性能下降。C/C复合材料性能变化的主要原因是热处理降低纤维表面的反应活性,使得C/C获得结合适宜的纤维/基体界面。     

液相搅拌铸造法制备SiCp/Al复合材料的力学性能

对旋涡搅拌铸造法制备的ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料的界面和力学性能进行了分析研究,结果表明,ＳｉＣｐ／Ａｌ的界面结合为性能良好的冶金结合,ＳｉＣ颗粒能提高铝基体的拉伸强度,同时显著提高铝基体的室温硬度与高温硬度。     

TiCp／ZA43复合材料的制备及其拉伸性能

采用ＸＤ法与搅拌铸造技术相结合的工艺制备了ＴｉＣｐ／ＺＡ４３复合材料,其中ＴｉＣ粒子的尺寸为０．５～１．５μｍ,在基体中分布均匀。对ＴｉＣｐ／ＺＡ４３复合材料室温至２５０℃温度范围的力学性能进行了测试,获得了该复合材料的应力－应变曲线及力学性能与温度的关系,并对其高温拉伸断口进行了分析。结果表明：ＴｉＣ粒子提高了材料的强度,尤其是显著提高了高温强度;ＴｉＣｐ／ＺＡ４３复合材料的断裂方式与拉伸温度有关,在２５０℃时呈现塑性断裂     

TiC／2618复合材料的再结晶过程及高温性能

利用退火实验、金相观察及高温拉伸实验, 采用复合材料与基体合金对比的方法, 对ＸＤ 法（ 即原位反应法） 制备的ＴｉＣ（６ ％ ）／２６１８ 复合材料的再结晶过程和高温力学性能进行了研究。结果表明： 通过ＸＤ 法在２６１８ 合金中加入的硬度高而尺寸细小的ＴｉＣ 增强相能阻碍基体的再结晶, 使其再结晶温度至少提高了５０ ℃; 同时, 在高温拉伸时, ＴｉＣ 粒子能有效阻碍位错运动, 从而提高复合材料的高温力学性能。     

热处理对碳化硅基复合材料结构与力学性能的影响

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(Si C/Si C)是极具前景的高温结构材料。通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了Si C/Si C复合材料。在惰性气氛下,1400~1800℃范围内对Si C/Si C复合材料进行热处理,用红外热像仪作为测温工具监测材料温度,研究了热处理温度对Si C/Si C复合材料结构和力学性能的影响。结果表明,经1400℃热处理后复合材料基体结晶程度增加,整体力学性能提高;随热处理温度进一步提高,复合材料纤维受损,力学性能急剧下降。     

横向压缩载荷下CF/Al复合材料微观损伤演化与断裂力学行为

针对真空压力浸渗制备的单向碳纤维增强铝基复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟和实验相结合的手段研究了其在横向压缩载荷下的损伤演化与断裂力学行为,并分析了界面结合性能和纤维体积分数对复合材料横向压缩力学性能的影响。结果表明:基于纤维对角正方形分布RVE建立的细观力学有限元模型,可以较好地计算预测复合材料横向压缩变形力学行为。压缩变形初期界面首先发生损伤和失效现象,进而诱发界面附近基体合金的局部损伤;随压缩应变增加,界面和基体损伤逐渐发展并导致纤维的失效,复合材料横向压缩断口呈现出界面脱粘和纤维断裂共存的微观形貌。复合材料横向压缩弹性模量和极限强度随着界面强度增大而增大,而受界面刚度的影响较小;在相同界面性能条件下,复合材料横向压缩极限强度和弹性模量均随纤维体积分数的增大而减小。     

C/C-SiC复合材料的制备及其层间剪切强度分析

采用先驱体浸渍裂解结合液硅渗透的方法制备C/C-SiC复合材料。通过X射线衍射和扫描电镜分析了材料的成分和微结构,采用压缩双切口试样法分别在室温和1600℃下测试其层间剪切强度,分析了微观剪切破坏机理。结果表明:碳纤维表面的热解碳(PyC)与液硅反应生成一层SiC,保护纤维不受残余Si的损伤。树脂碳和液硅反应生成的SiC填充了多孔C/C的孔隙。材料的高温层间剪切强度是室温下的2倍左右。室温下基体存在残余热应力,界面结合强度低,材料属于脆性断裂,高温下基体残余热应力得到释放,界面结合强度增大,基体裂纹部分闭合,该复合材料可承受更大的剪切应力。