基体合金对石墨/铝复合材料性能的影响

本文研究了不同基体合金(工业纯铝和LY12)对石墨/铝复合材料性能的影响,并初步探讨了其影响机理。结果表明:基体合金严重影响金属基复合材料的界面状态、基体相组织及分布,从而影响到最终复合材料的性能。与纯铝相比,LY12基体使石墨/铝复材料性能大幅度下降。     

纤维预热温度对连续Al2O3f/Al复合材料力学性能的影响

选用Nextel610型Al₂O₃纤维为增强体、ZL210A连续氧化铝合金为基体,采用真空压力浸渗法制备纤维增强铝基复合材料(Al₂O_3f/Al),纤维的体积分数为40%,预热温度分别为500、530、560和600℃,研究了纤维预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的微观组织、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明：随着纤维预热温度的提高复合材料的致密度随之提高,最大达到99.2%,材料的组织缺陷最少,纤维的分布均匀;随着纤维预热温度的提高从复合材料中萃取出来的Al₂O₃纤维的拉伸强度不断降低,纤维预热温度为600℃的复合材料中Al₂O₃纤维的拉伸强度仅为1150 MPa,纤维表面粗糙,有大尺寸附着物。纤维的预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的拉伸强度有显著的影响。预热温度为500、530、560和600℃的复合材料其拉伸强度分别对应于298、465、498和452 MPa。组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度,是影响连续Al₂O_3f/Al复合材料强度的主要因素。     

热塑性树脂连续浸渍过程的纤维断裂机制及实验

利用自行设计的浸渍模具,通过拉挤熔融浸渍工艺,定量考察了牵引速度、熔体温度和浸渍辊个数等工艺参数对连续玻璃纤维增强热塑性复合材料复合过程中纤维断裂的影响,旨在通过所建立的纤维断裂数学模型,预测预浸料生产过程中纤维断裂率并描述实验结果。结果表明:模型与实验数据吻合较好,能够为工业化生产提供指导与借鉴;纤维束在模具中拖曳而产生的黏性剪切作用是影响纤维断裂的主要因素,适当减少浸渍辊数及采用低黏度树脂能够显著降低纤维断裂,提高工艺稳定性。     

槽形Cf/Al复合材料构件真空液相成型工艺控制

为制备性能较高的Cf/Al复合材料构件,选用M40J为增强体,AlMg5为基体,采用真空液相浸渗工艺,研究了复合过程中温度、涂层等工艺参数对槽形复合材料构件性能的影响.结果表明,预制件的预热温度对复合材料的性能有显著影响,预热温度由680℃降到620℃时,复合材料的抗拉强度提高了94 MPa;C-Al2O3涂层对复合材料的性能有较大影响,经涂层处理后的预制件制备的复合材料的最高强度比未经涂层处理的最高强度提高了50 MPa,构件的密度小于2.5g/cm3.     

基体强度和纤维强度分布对B/Al复合材料拉伸断裂特性的影响

在微机模拟 B/Al 型复合材料拉伸断裂过程软件系统已得到初步验证的基础上,进一步模拟研究了基体屈服极限σ_(ym)及纤维强度分布变动系数 CV 的不同组合条件下该材料的拉伸断裂行为。结果指出,当σ_(ym)确定 CV 减小或当 CV 确定σ_(ym)增大时,断裂形式均存在由累积型向非累积型的过渡;当σ_(ym)很小时,材料断裂抗力σ_f 随 CV 增大而降低;而当σ_(ym)较大时σ_f 则随 CV 增大而提高。     

C/Al复合材料中镍涂层的界面行为

为改善纤维与基体的润湿性,在碳纤维表面涂覆Ni、SiC-Ni。经铝液浸渗实验表明Ni涂层可以使纤维很好地分布于基体中。但Ni单涂层导致碳纤维损伤,Ni、SiC-Ni两状态下界面与基体中均产生大量脆性相,急剧降低复合材料的强度。     

C/Al复合材料中镍涂层的界面行为

为改善纤维与基体的润湿性,在碳纤维表面涂覆Ni、SiC-Ni。经铝液浸渗实验表明Ni涂层可以使纤维很好地分布于基体中。但Ni单涂层导致碳纤维损伤,Ni、SiC-Ni两状态下界面与基体中均产生大量脆性相,急剧降低复合材料的强度。      

添加铜网对片层石墨/Al复合材料热物理性能的影响

使用盐浴法对片层石墨（GFs）进行表面镀Si处理,采用真空热压法制备片层石墨/Al复合材料（Si-GFs/Al）。向Si-GFs/Al复合材料中添加10vol%的铜网,研究了铜网对Si-GFs/Al复合材料热导率和力学性能的影响。使用SEM、聚焦离子束（FIB）和TEM对Si-GFs/Al复合材料的微观结构和微观界面进行表征,并分析了复合材料的断裂机制。结果表明,添加铜网使Si-GFs/Al复合材料内部出现了高聚集定向GFs带,形成高导热通道。当GFs体积分数为30vol%~40vol%时,Si-GFs/Al复合材料的热导率提升了约20%,弯曲强度提升了40%以上。当GFs体积分数为40vol%时,Si-GFs/Al复合材料热导率和弯曲强度同时达到一个优值,分别为512 W/（mK）和127 MPa。      

碳/碳复合材料纤维束/基体界面强度的表征

为了获得准确表征纤维束界面强度的方法,对影响纤维束界面强度的因素进行了研究.通过顶出方法对纤维束界面强度进行表征,利用SEM和Micro-CT研究了纤维束界面层微结构对纤维束界面强度的影响,并通过有限元分析方法对纤维束界面的断裂行为进行分析.结果表明：在纤维束界面层含有不同程度的脱粘和裂纹缺陷结构,影响了纤维束的界面强...     

多轴向玻璃纤维增强树脂基复合材料的破坏特性和损伤机制

通过对玻纤增强环氧乙烯基酯树脂(GF/EVE)和玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂(GF/UP)复合材料的多轴向铺层设计试件进行低速冲击、弯曲和剪切破坏性力学试验,分析了不同铺层方式的GF/EVE和GF/UP复合材料冲击、弯曲和剪切载荷作用下产生的损伤及失效模式。结果表明:在铺层设计与工艺相同的情况下,CF/EVE的弯曲强度、冲击韧性均优于CF/UP;[0,90]6试件冲击能量吸收性能优于其他五种铺层方式;铺设角设计、树脂基体类型、铺层厚度对层合板剪切力学性能的影响较小。并基于SEM与超声C扫描成像检测(C-SAM)对复合材料的微观界面脱粘机制及损伤演化行为进行阐释。     

连续石墨纤维增强铝基复合材料准静态拉伸损伤演化与断裂力学行为

针对连续石墨纤维增强铝基(CF/Al)复合材料,采用三种纤维排布方式的代表体积单元(RVE)建立了其细观力学有限元模型,采用准静态拉伸试验与数值模拟结合的方法,研究了其在轴向拉伸载荷下的渐进损伤与断裂力学行为。结果表明,采用基体合金和纤维原位力学性能建立的细观力学有限元模型,对轴向拉伸弹性模量和极限强度的计算结果与实验结果吻合良好,而断裂应变计算值较实验结果偏低。轴向拉伸变形中首先出现界面和基体合金损伤现象,随应变增加界面发生失效并诱发基体合金的局部失效,最后复合材料因纤维发生失效而破坏,从而出现界面脱粘后纤维拔出与基体合金撕裂共存的微观形貌。细观力学有限元分析结果表明,在复合材料制备后纤维性能衰减而强度较低条件下,改变界面强度和刚度对复合材料轴向拉伸弹塑性力学行为的影响较小,复合材料中纤维强度水平是决定该复合材料轴向拉伸力学性能的主要因素。     

Influence of fiber/matrix interfacial adhesion on composite fracture behavior

A systematic study has been conducted to identify the effect of fiber/matrix interface strength on various composite properties. A new fiber treatment technique was developed to allow fibers to be treated and then made into prepregs and composites of acceptable quality. T500 carbon fibers were treated with release agent to establish the extreme case of poor fiber/matrix interface. Composite systems made of toughened epoxy R6376 and T500 fibers with and without such a treatment were subjected to a number of fracture and impact tests. For tests involving propagating pre-existing delamination cracks, such as double cantilever beam (DCB), end notched flexural (ENF) and crack lap shear (CLS) methods, the material properties were not appreciably affected by the release agent-treated fiber surfaces. For tests that had to initiate cracks in specimens without pre-introduced cracks, such as impact and edge delamination, the material variables and failure modes were highly sensitive to the fiber/matrix interface. The critical role of the fiber/matrix interface in crack initiation was demonstrated in this study.     

连续纤维增强PPESK树脂基复合材料的界面性能

用SEM观察了复合材料的微观断面结构,用横向拉伸强度和层间剪切强度表征玻璃纤维(GF)、T700碳纤维(CF)、芳纶纤维(F-12)增强PPESK树脂基复合材料的界面性能,研究了界面性能对三种复合材料耐湿热性能的影响.结果表明,T700/PPESK和F-12/PPESK复合材料的界面粘接性能均优于GF/PPESK复合体系.三种纤维复合材料的破坏机理不同:玻璃纤维发生纤维与树脂的界面脱粘破坏,碳纤维复合材料在破坏时,树脂与纤维并没有完全脱粘,破坏发生在树脂内;而芳纶纤维复合材料的破坏总伴随着纤维本身横向的撕裂破坏.三种复合材料体系均具有较低的吸湿率和良好的耐湿热性能,T700/PPESK复合材料在湿热条件下的性能保持率最高.     

真空热压原位Al3Ti增强MgAl基复合材料合成机制

采用真空热压原位合成法制备Al₃Ti增强Mg-Al基复合材料。研究了烧结工艺对复合材料显微结构的影响。探讨了Al₃Ti的原位合成机制, 提出了Ti和Al的微观反应模型。采用XRD、 SEM等方法分析了复合材料的相组成及微观结构。结果表明, Mg-Al基复合材料组织致密, 原位合成增强相Al₃Ti颗粒在基体中均匀分布, 尺寸为0.5~2.0 μm, 与基体界面紧密结合, 同时存在少量残余的Ti和中间相Al-Ti。     

不同粒度SiCP增强铜基复合材料拉伸性能及断裂机制的研究

以不同粒度SiCP和电解铜粉为原料,采用粉末冶金工艺制备了SiCP增强Cu基复合材料.研究了SiCP和基体铜粉粒度的变化对材料拉伸性能和断裂机制的影响.结果表明,在基体铜粉粒度为44μm时,10μm的SiCP增强复合材料的抗拉强度达到最大值,为265.7MPa,其断裂机制是以Cu-SiC界面处基体撕裂为主,而当SiCP粒度为2μm时,由于分散不均匀、团聚等原因使得材料强度降低.大粒度SiCP(＞10μm)增强复合材料由于界面面积有限和增强颗粒间距过大,使得增强效果有限,其断裂机制是以Cu-SiC界面脱粘和SiCP解理开裂为主.实验证实了在SiCP增强铜基复合材料中基体和增强颗粒粒度存在着最佳配比关系可使复合材料达到最佳增强效果.     

M40/5228复合材料力学性能研究

用湿法缠绕技术制作了Ｍ４０／５２２８预浸料，对热压灌固化的Ｍ４０／５２２８复合材料的室温、高温干态和湿态力学性能进行了研究，用扫描电镜（ＳＥＭ）对复合材料的界面进行了表征。与Ｍ４０／４２１１复合材料相比，Ｍ４０／５２２８复合材料的各项力学性能均有很大程度的提高。Ｍ４０／５２２８复合材料具有优异的耐湿热性能，在１３０℃干态和湿态下，其弯曲强度、模量和层剪强度的保持率较高     

NiTi纤维表面处理及其树脂基复合材料的界面特性

NiTi纤维表面呈惰性,表面能低,NiTi纤维与树脂间界面粘结性差.为了提高界面性能,采用硅烷偶联剂、表面涂层和低温冷等离子体技术等方法对NiTi纤维表面进行处理,改善纤维表面的浸润性,达到纤维与树脂界面良好的粘结.对复合材料进行界面剪切强度的测定,并利用扫描电镜观察拔脱纤维表面形貌的变化.研究表明:NiTi纤维经不同方法处理后,纤维的浸润性和界面的粘结强度均有不同程度的改变,其中冷等离子体处理的纤维再经硅烷处理,其复合材料IFSS提高2.94倍,ILSS提高1.45倍,且纤维与树脂粘合较好.