叠层缝合结构碳纤维/Al复合材料微观特征与高温弯曲性能

将M40J碳纤维(C_f)以叠层缝合结构编织成预制体,采用真空气压浸渗工艺制备成C_f/Al复合材料。在高温环境(350℃、400℃)下进行三点弯曲测试试验,通过SEM、TEM、EDS和XRD对材料的元素分布、物相组成、微观组织和界面特征进行观察分析,研究其高温弯曲性能,探讨该种材料在高温环境下弯曲失效机制。结果表明,制备的C_f/Al复合材料基体与增强体界面轮廓清晰且结合紧密,材料内部基体受残余拉应力。C_f/Al复合材料在350℃时的弯曲强度和模量分别为175.2 MPa和90.1 GPa,在400℃时为160.8 MPa和87.5 GPa;温度升高时叠层缝合结构C_f/Al复合材料的弯曲强度未出现大比例下降,其高温稳定性较其他编织结构更好。C_f/Al复合材料在高温环境下弯曲失效时受拉伸、压缩共同作用,其失效方式是基体开裂及部分纤维断裂,主导因素为基体在高温下软化和材料界面结合强度下降。      

2.5D浅交直联Cf/Al复合材料的显微组织及弯曲和剪切性能EI北大核心CSCD

采用真空压力浸渗法制备体积分数为50% 的2.5D浅交直联Cf/Al复合材料,研究复合材料的显微组织以及室温、高温下弯曲和剪切性能,分析复合材料弯曲和剪切性能的破坏失效机理.结果表明:2.5D浅交直联Cf/Al复合材料经向、纬向显微组织均存在一定的微孔、纤维丝偏聚等缺陷.室温的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度分别为268.4 M Pa,75.2 GPa和41.0 M Pa,350℃的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度分别为139 M Pa,70.9 GPa和39.2 M Pa,400℃的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度分别为97.6 M Pa,68.5 GPa和29.9 M Pa;其中,弯曲失效主要由于内侧面受压导致经向纤维束在压应力作用下被压断,纬向纤维束产生挤压变形;外侧面受拉处随测试温度升高复合材料拉伸破坏现象不明显;而剪切破坏首先出现在基体与纤维束界面损伤处,室温下纤维束被拔出,断口不平齐,350,400℃时纤维束断口呈现45°破坏;经向纤维束屈曲与纬向纤维束挤压变形程度随测试温度升高越来越严重.     

三维正交Cf/Al复合材料的显微组织与弯曲性能

采用真空压力浸渗法制备了Cf体积分数为50%的三维正交Cf/Al复合材料,主要研究了复合材料的显微组织以及室温、高温下的弯曲性能,并分析了复合材料弯曲失效机理。结果表明,三维正交Cf/Al复合材料经向显微组织的微孔缺陷较纬向显微组织要略多,复合材料在室温、350℃和400℃时,弯曲强度分别为498.8、363.0、303.0 MPa,弯曲模量分别为70.8、63.7、65.6GPa。其中,弯曲失效主要由于内侧面受压应力导致经向纤维束屈曲变形,纬向纤维束形态较完好;外侧面受拉应力导致复合材料拉伸破坏,存在纤维拔出现象。     

3D-Cf/Al复合材料的微观组织与剪切性能

研究了真空压力浸渗法制备的两种3D-Cf/Al复合材料的微观组织,测试了在25、350及400℃时的剪切性能并分析了剪切失效机制.结果表明,三维五向与三维正交Cf/Al复合材料的致密度分别为97.8％和99.2％,两种复合材料都存在少量微孔缺陷,由于三维五向较三维正交结构而言,纤维束间的交织点数量多、纤维丝间的间隙小以及浸渗过程中铝液受到多个方向纤维束作用而导致的微孔缺陷要多;三维五向Cf/Al复合材料25、350和400℃的剪切强度分别为90.8、55.1和43.6 MPa,三维正交Cf/Al复合材料的则为27.3、33.7和25.2 MPa.造成两者复合材料剪切强度差异的原因主要是由于两者预制体中纤维承载方式不一样.其中,两种复合材料剪切破坏产生于"V"型口铝合金与碳纤维界面损伤处,剪切断口呈近似45°破坏,纤维束的受力变形导致两种复合材料剪切行为失效.