【摘要】：本文采用無(wú)壓熔滲的方法制備碳纖維織物增強(qiáng)銅基復(fù)合材料(C_f/Cu-Ti和C_f/Cu-Zr),通過(guò)添加合金元素鈦、鋯來(lái)改善碳相與銅相的界面結(jié)合和潤(rùn)濕性能,并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行組織分析,熱物理性能測(cè)試和高應(yīng)變速率條件下的壓縮性能測(cè)試。研究合金元素含量對(duì)復(fù)合材料組織性能的影響,以期為碳纖維織物增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的應(yīng)用提供理論依據(jù)。本文在銅基體中添加不同含量的合金元素Ti和Zr,通過(guò)無(wú)壓熔滲的方法制備出C_f/Cu-Ti復(fù)合材料和C_f/Cu-Zr復(fù)合材料。采取SEM和XRD分析C_f/Cu-Ti、C_f/Cu-Zr這兩種試樣的顯微組織及界面層物相成份。C_f/Cu復(fù)合材料界面結(jié)合良好,無(wú)顯微孔洞。合金元素主要與碳纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳化物(TiC、ZrC),集中在界面層附近,而合金中富余的銅逐漸在界面擴(kuò)散區(qū)聚集形成“富銅區(qū)”。研究了Zr含量對(duì)C_f/Cu-Zr復(fù)合材料熱導(dǎo)率和熱膨脹性能的影響。結(jié)果表明添加鋯元素后,隨著合金元素含量的增加,復(fù)合材料的孔隙率逐漸降低,材料熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)降低。表明合金元素Zr的添加可以有效改善復(fù)合材料的熱膨脹性能,但卻不利于復(fù)合材料熱導(dǎo)率。當(dāng)Zr含量為30%時(shí),在600℃測(cè)量的C_f/Cu復(fù)合材料平行方向上的熱膨脹系數(shù)最低至5.9×10~(-6)K~(-1);C_f/Cu-Zr復(fù)合材料在常溫下,平行方向上的熱導(dǎo)率最高為153 W/m·K。通過(guò)將實(shí)際測(cè)量值與理論預(yù)測(cè)模型對(duì)比計(jì)算,得出熱膨脹系數(shù)各理論模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值變化趨勢(shì)類(lèi)似,均隨著鋯含量的增加而減小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比可知,Schapery模型與碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)結(jié)果最相近。研究了C_f/Cu-Ti復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相同方向相同應(yīng)變速率條件下,C_f/Cu-Ti復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度隨著Ti含量的增加而增加。對(duì)比準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)C_f/Cu-Ti復(fù)合材料在高應(yīng)變速率條件下表現(xiàn)出較高的塑性破壞應(yīng)力,并且出現(xiàn)應(yīng)變軟化。在動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)變速率從800 s~(-1)增加到1800 s~(-1)時(shí),C_f/Cu-30%Ti復(fù)合材料在平行方向上的壓縮強(qiáng)度由440 MPa增加到769 MPa。證明C_f/Cu-Ti復(fù)合材料具有明顯的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)。C_f/Cu復(fù)合材料在高應(yīng)變速率壓縮條件下的失效模式,平行碳纖維層方向表現(xiàn)為層間劈裂;垂直于層向是剪切破壞宏觀顯示為V形裂紋。在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷條件下,C_f/Cu-Ti復(fù)合材料失效模式主要表現(xiàn)為60°剪切破壞。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB333

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本文編號(hào)：2765634