真空熱壓擴(kuò)散法制備碳纖維布增強(qiáng)Al基復(fù)合材料組織及性能研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好和高溫強(qiáng)度穩(wěn)定等優(yōu)異特點(diǎn)，在太空環(huán)境中，依然能穩(wěn)定的發(fā)揮其性能。本文選用純鋁箔和2024鋁合金為基體，表面無涂層的T300碳纖維布為增強(qiáng)體，采用真空熱壓擴(kuò)散法制備碳纖維布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了制備過程中模具內(nèi)溫度的溫度場(chǎng)分布，以及制備工藝參數(shù)對(duì)碳纖維布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的微觀組織、界面結(jié)合、致密度、力學(xué)性能和斷口形貌等的影響規(guī)律。獲得主要結(jié)論如下。
　　當(dāng)熱壓爐爐膛保

2、溫在540℃-700℃范圍內(nèi)，爐膛保溫在0-80min內(nèi)，熱壓模具內(nèi)的溫度上升；爐膛保溫在80-120min內(nèi)，模具的溫度場(chǎng)趨于穩(wěn)定，模具溫度上升緩慢，接近爐膛溫度；模具中心與距離模具中心50mm處的溫差低于3℃，熱壓模具中心的溫度比爐膛溫度低17℃。本文從爐膛保溫80min開始計(jì)算熱壓時(shí)間，可以獲得穩(wěn)定熱壓溫度。
　　模具中心溫度與爐膛保溫溫度及保溫時(shí)間關(guān)系的擬合方程為：(此處公式省略)
　　距離模具中心50mm處的溫度與

3、爐膛保溫溫度及保溫時(shí)間關(guān)系的擬合方程為：(此處公式省略)
　　熱壓溫度提高使鋁箔與鋁合金基體的流動(dòng)性增強(qiáng)，熱壓溫度過高會(huì)使碳纖維束被灼燒受到損傷；熱壓時(shí)間的延長使鋁箔與鋁合金基體向增強(qiáng)體碳纖維束之間擴(kuò)散時(shí)間延長，熱壓時(shí)間過長，導(dǎo)致制備周期變長，還會(huì)導(dǎo)致大量的Al4C3生成；熱壓壓力的增加克服鋁合金粉末之間的摩擦與相互楔住等外力，使復(fù)合材料中間的空氣外溢，熱壓壓力過大會(huì)使碳纖維束受到剪切力受到損傷。當(dāng)碳纖維布體積分?jǐn)?shù)為16.39％，

4、在600℃，70min，15MPa工藝參數(shù)下制備出的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整，致密度達(dá)到98.96%，鋁合金基體包裹著碳纖維束增強(qiáng)體，結(jié)合緊密，幾乎沒有孔隙。
　　在600℃，70min，15MPa工藝參數(shù)下制備的復(fù)合材料，增強(qiáng)體碳纖維與鋁合金基體之間發(fā)生了微弱的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了極少量的Al4C3，在該工藝參數(shù)制備的復(fù)合材料的界面結(jié)合是混合結(jié)合界面，以溶解和潤濕結(jié)合為主，機(jī)械結(jié)合和交換反應(yīng)為輔。
　　隨著熱壓溫度的提高，熱壓時(shí)間的延