连续碳纤维增强铝基复合材料的研究与发展

综述了近年来国内外连续碳纤维增强铝基复合材料(简称连续C_f/Al复合材料)的研究现状,介绍了连续C_f/Al复合材料存在的界面问题与解决方法,分析了挤压铸造法、超声振动法、真空压力浸渗法、SPS放电等离子烧结等制备连续C_f/Al复合材料的优缺点,并对连续C_f/Al复合材料的发展进行了总结和展望。     

碳纤维增强铝基复合材料的制备及力学性能研究

碳纤维增强铝基复合材料(Cf/Al)具有很多优良特性,作为结构材料和功能材料在航空航天等领域有着广泛的应用前景。本试验采用挤压铸造法制备了连续碳纤维增强铝基复合材料,分析了复合材料的微观形貌、界面特征及力学性能。基体材料为Al-Cu合金,增强纤维为T-300连续碳纤维。通过合理的控制工艺参数,挤压铸造后铝合金均匀、致密地填充在增强纤维之间,纤维和基体的结合界面良好,纤维表面镀镍及未镀镍的Cf/Al复合材料界面均未发现Al4C3脆性相。纤维体积分数为50%的铝基复合材料抗拉强度和弹性模量分别为512 N/mm2和163 GPa,显著高于金属基体的。     

碳纤维增强铝基复合材料的制备与连接技术

碳纤维增强铝基复合材料因其具有强度高、韧性好、耐磨损、耐疲劳以及热膨胀系数低等优点,加之便于使用现有的设备及生产工艺使其成形,因此,引起国内外研究者的高度关注。未来,将在航空航天、汽车制造、自动化设备等关键领域发挥巨大作用。本文主要介绍了国内外有关碳纤维增强铝基复合材料的制备与连接技术,重点包括碳纤维的表面处理、碳纤维增强铝基复合材料成形方法、参数选择、焊接方法等。简述了复合材料连接技术的发展,分析了碳纤维增强铝基复合材料制备与连接过程中存在的问题。指出:碳纤维在铝合金中均匀分布、结构完整性、铝合金界面良好结合、降低孔隙率以及碳纤维增强铝基复合材料的连接技术等是今后研究重点。     

碳纤维增强铝基复合材料的改性研究

研究碳纤维对铝基复合材料的改性,分别向6061和6063两种铝合金中添加一定量的短切纤维,采用挤压成型方法制备了碳纤维改性铝基复合材料。研究了碳纤维的尺寸及添加量对复合材料力学性能、耐磨性和尺寸稳定性的影响。结果表明,碳纤维改性后的铝基复合材料力学性能有明显提高,其室温抗拉强度、屈服强度均得到增强,而材料的伸长率略有减小;通过耐磨性测试确定了碳纤维的最佳添加尺寸为3 mm,最佳添加量为0.6%;通过冷热冲击测试证明了碳纤维能够有效改善铝基复合材料的尺寸稳定性。     

碳纤维增强铝基复合材料的研究进展

综述了近年来碳纤维增强铝基复合材料的研究进展,对复合材料的种类、界面问题和制备方法做了介绍,最后指出了目前存在的问题和以后的发展前景。     

连续纤维增强铝基复合材料制备技术研究进展

介绍了连续纤维增强金属基复合材料制备技术的发展历史,在对当前主要的连续纤维增强铝基复合材料制备成型工艺分类的基础上,综述了各种制备工艺的基本原理及其优缺点;介绍了制备工艺中的纤维涂层和纤维排布与分散技术对铝基复合材料润湿性、界面结构和材料性能的影响;展望了连续纤维增强铝基复合材料制备工艺的发展方向及工程化需要解决的关键问题。     

复合熔铸法制备短碳纤维增强铝基复合材料

对碳纤维进行预处理后与铝粉机械混合,用压力机制备预制块,将过热铝液与预制块混合并浇注试样。结果表明:行星球磨机转速300 r/min,混制时间20 min的条件下,可获得分散度较好的预制块粉末;压强为20 MPa、保压为2.5~3 min的工艺条件下,获得了较好的预制块,并与860℃的过热铝液混合后浇注试样;经过激光刻蚀、高温灼蚀、化学镀铜预处理的短碳纤维比未经过预处理的碳纤维在铝基体中的分散效果好。     

碳纤维增强PMMA-PMA基复合材料的制备

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸甲酯(MA)为起始原料,过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,聚丙烯腈基碳纤维为增强相,采用悬浮聚合的方法,制备了碳纤维增强PMMA-PMA基复合材料.分别研究了单体配比、引发剂用量和纤维质量分数对复合材料性能的影响.采用万能材料试验机和扫描电子显微镜分别对复合材料的抗折强度和断面的微观形貌等进行了测试和表征.结果表明,当MMA/MA=9:1时复合材料抗折强度达到极大值,随着引发剂BPO用量的增加,复合材料的抗折强度呈现先增大后减小的趋势,随碳纤维含量增加,复合材料的断裂面由平整向多层断裂变化,材料的韧性有所提高.     

碳纤维增强氮化物基复合材料的制备及其性能表征

合成了全氢聚硅氮烷和硼氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征；以混杂先驱体和3D碳纤维编制体为原料，采用先驱体浸渍-裂解（PIP）工艺制得了碳纤维增强氮化硼．氮化硅混杂基体的复合材料，并对复合材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了研究。结果表明，混杂先驱体中含有B—N，B—H，Si—N，Si—H，N—H等结构，无其它杂质出现；随着PIP工艺循环次数的增加，复合材料的密度随之提高：当进行4个循环时基本致密，密度达到1．50g／cm^3，弯曲强度达到156．4MPa；轨道模拟实验显示复合材料具有优异的抗烧蚀性能。     

碳纤维增强氮化物基复合材料的制备及其性能表征

合成了全氢聚硅氮烷和硼氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征;以混杂先驱体和3D碳纤维编制体为原料,采用先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制得了碳纤维增强氮化硼-氮化硅混杂基体的复合材料,并对复合材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了研究.结果表明,混杂先驱体中含有B-N,B-H,Si-N,Si-H,N-H等结构,无其它杂质出现;随着PIP工艺循环次数的增加,复合材料的密度随之提高;当进行4个循环时基本致密,密度达到1.50g/cm3,弯曲强度达到156.4 MPa;轨道模拟实验显示复合材料具有优异的抗烧蚀性能.     

镀镍短碳纤维增强铝基复合材料的组织及性能

采用机械搅拌法制备镀镍短碳纤维增强铝基复合材料,并利用扫描电镜、XRD及万能拉伸试验机对制备的复合材料进行分析。结果表明,通过搅拌使碳纤维在基体中有效分散;镍镀层发生溶解并与铝基体之间形成Al_3Ni相,可有效地阻止碳纤维与基体之间形成脆性相Al_4C_3;随着碳纤维含量的增加,复合材料的抗拉强度也增大,在碳纤维含量为5%和7%时,抗拉强度较纯铝分别提高了29%和35%,但塑性都明显下降。     

碳纤维增强钼基复合材料制备工艺

通过在碳纤维及钼粉末表面化学镀铜的方法,解决了碳纤维与钼粉化学相容性差的问题,完成了碳纤维表面化学镀铜及钼粉表面化学镀铜工艺方法及试验参数的确定。采用粉末烧结后轧制成型制备复合材料,并分析了碳纤维在钼粉中的含量对该复合材料力学性能的影响。结果表明:所制备的含碳纤维1wt%的复合材料板材,抗拉强度达425 MPa,与纯钼板材相比,抗拉强度提高57%。     

短碳纤维增强铝基复合材料拉伸性能数值模拟分析

为了探究碳纤维对复合材料拉伸性能的影响,使用真空吸铸法制备了碳纤维增强铝基复合材料铸件并测试其拉伸性能,将实验所得数据结合Geodict软件分析了碳纤维含量和碳纤维长度对碳纤维增强铝基复合材料的应力、应变分布的影响规律,得到的模拟结果与实验数据吻合良好,为使用真空吸铸法制备碳纤维增强铝基复合材料的后续工作展开和性能提升提供了理论基础。结果表明,随着碳纤维含量的增加,纤维对材料拉伸性能的增强效果越好;随着碳纤维长度的增加,纤维对材料拉伸性能的增强效果逐渐减小,并在5 mm后达到平稳的趋势,当纤维长度为1 mm时,复合材料的拉伸性能较优。     

石墨烯纳米片增强铝基复合材料的制备与性能

采用高能球磨、放电等离子烧结以及热挤压工艺制备含量为5.0％(体积分数)的石墨烯增强铝基复合材料.分别采用X射线光电子能谱、透射电镜及拉伸试验研究挤压态复合材料的显微组织与力学性能,发现5.0％(体积分数)的石墨烯分散在铝晶界上,并且未与铝基体发生界面反应.最终,挤压态复合材料的屈服强度和抗拉强度高达462 MPa和4...     

SiC颗粒增强铝基梯度复合材料的制备与性能

采用粉末冶金法制备了SiC颗粒增强铝基梯度复合材料（FGMMC），研究了该梯度复合材料的微观组织和力学性能，对FGMMC的显微组织观察表明，由于铝基体熔合成一体，因此层间没有明显的界面，具有基体的连续性，尽管基体是连续的，但是当疲劳裂纹从高SiC含量层向低SiC含量层扩展时，在过渡区发生延滞现象，通过断口和裂纹扩展路径的分析解释了此延滞现象。     

碳纤维增强水泥基复合材料电磁性能的研究

制备了碳纤维增强水泥基复合材料，在SEM扫描电镜下观察了样品的断121形貌。利用NRL测试系统测试了低频段4-8GHz和高频段8-18GHz条件下、碳纤维质量分数分别为0．2％，0．4％，0．6％，0．8％，1．0％时，复合材料对电磁波的反射率，评价了电磁干扰性能。结果表明，低频段时所测得的反射率均小于-10dB，材料对电磁波主要表现出吸收性：高频段且碳纤维质量分数超过0．6％时，反射率大于-10dB，材料对电磁波主要表现出反射性。反射率随着碳纤维质量分数的增加而变化，低频段且碳纤维质量分数为0．6％时，出现最小反射率，其大小为-15．1dB：高频段且碳纤维质量分数为0．4％时，出现最小反射率，其大小为-19．3dB。     

短碳纤维增强铝基复合材料的半固态加工

采用M40石墨纤维和LYl2合金，挤压浸渗后半固态下直接充填成形，制备了短碳纤维增强铝基复合材料。研究了半固态加工对材料的组织与性能的影响及与固态塑性成形的区别。结果表明：半固态下加工碳纤维的纤维长度明显高于固态加工。材料强度也有较大的提高。     

非连续增强铝基复合材料的研究与应用进展

非连续增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、高导热、低热膨胀、耐磨、耐辐射等优异的综合性能,在航空、航天、空间、电子、信息、先进武器等高技术领域有重要的应用和巨大的应用潜力。主要介绍了非连续增强铝基复合材料的主要制备方法、性能特点、热加工处理,以及国内外在航天航空、电子信息、汽车等领域中的应用进展。     

连续玄武岩纤维增强铝基层状复合材料的制备与力学特性

将连续玄武岩纤维(continuous basalt fiber,CBF)二维编织布与Al-12Si合金箔交替叠层堆垛成三明治结构,再利用真空压力浸渗技术成功制备出高体积分数(65%)的连续玄武岩纤维增强铝基(CBF/Al)层状复合材料。研究了浸渗工艺对复合材料微观组织演变的影响规律,阐明了CBF/Al复合材料的层状结构形成机理,并评价了其力学性能。研究表明:在温度为660℃、压力为10 MPa条件下浸渗10 min可以获得全致密的CBF/Al复合材料,其微观组织呈现独特的层状结构,即玄武岩纤维在铝合金基体中呈现垂直交叉层状分布特征,玄武岩纤维与铝合金基体未发生明显的化学反应,且由于玄武岩纤维与铝合金基体之间发生了元素(如Al、Si等)互扩散而形成了良好的冶金结合界面。纤维非理想排布方式而导致的有效承载能力下降以及高温下玄武岩纤维断裂强度降低是CBF/Al层状复合材料未达到理想力学性能的关键因素。     

碳纤维增强铝基复合材料熔体真空除气

为解决搅拌铸造法制备的碳纤维增强铝基复合材料气孔率过高对材料性能的破坏问题,在熔体搅拌混合结束后,增加真空除气的工艺减少复合材料中的气体。采用阿基米德法测量了复合材料铸锭的相对密度,研究了碳纤维增强A356合金基复合材料熔体在0.03MPa的真空度下,真空炉温度、除气时间对复合材料铸锭致密度的影响。结果表明,当炉温为700℃、除气2min,即可将复合材料铸锭的气孔率降低至2%以下。通过扫描电镜观察了复合材料铸锭的组织,结果显示界面完好,未发现气孔。