以三維五向結(jié)構(gòu)編織M40J碳纖維預(yù)制體為增強(qiáng)體,ZL301為基體合金,采用真空壓力浸滲法制備三維五向C_f/Al復(fù)合材料,研究了三維五向C_f/Al復(fù)合材料微觀組織特征和相組成,分析了軸向彎曲變形力學(xué)行為及其彎曲破壞處的宏觀形貌。結(jié)果表明:軸向纖維分布均勻,編織紗存在少量浸滲缺陷,界面存在脆性Al₄C₃相,均是影響彎曲力學(xué)性能的關(guān)鍵。復(fù)合材料軸向彎曲變形力學(xué)行為均呈現(xiàn)出顯著的非線性特征,復(fù)合材料的室溫、350℃和400℃變形過(guò)程均可劃分為彈性變形階段、彈塑性變形階段和塑性斷裂階段。 

【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(20)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

真空壓力浸滲設(shè)備示意圖

彎曲試樣尺寸圖

圖3a、b分別為三維五向橫向、軸向截面微觀組織形貌圖。從圖3a中可以看出,三維五向編織紗存在較多的纖維偏聚,在纖維偏聚中心易出現(xiàn)浸滲微孔,且在纖維偏聚面積較大處出現(xiàn)成片連續(xù)的浸滲孔洞。這是由于Cf/Al復(fù)合材料浸滲方向是沿軸向的,與編織紗存在20°左右的編織角。鋁液在充型過(guò)程中,從側(cè)面沖擊編織紗,使其部分紗線堆積在一起,較容易產(chǎn)生纖維偏聚;同時(shí),由于熔融態(tài)鋁合金與碳纖維之間的潤(rùn)濕性較差,在纖維偏聚處極易出現(xiàn)浸滲微孔,甚至形成成片的連續(xù)孔洞。從圖3b中可以看出,軸向截面相對(duì)橫向截面的微觀組織形貌缺陷少,僅局部存在少量浸滲微孔,纖維束分布均勻,復(fù)合材料軸向浸滲效果較好。圖4為所制備三維五向Cf/Al復(fù)合材料的XRD譜,可以看出,衍射譜由C、Al、Al4C3和Al3Mg2相組成。由于冷卻速度不同,當(dāng)Mg含量大于9%時(shí),ZL301會(huì)產(chǎn)生共晶α相(Al)和β相(Al3Mg2);而Al4C3相的產(chǎn)生,充分說(shuō)明在三維五向Cf/Al復(fù)合材料中碳纖維與ZL301基體發(fā)生了界面反應(yīng),如式(4)所示。如圖5所示,從三維五向Cf/Al復(fù)合材料界面形貌可以看出,碳纖維與鋁基體界面干凈、輪廓清晰、纖維與基體之間結(jié)合緊密,在界面結(jié)合處清晰可見(jiàn)棒狀反應(yīng)產(chǎn)物Al4C3,其由碳纖維向基體合金生長(zhǎng)。Al4C3為非均勻形核的脆性相,起初依附于碳纖維表面,向基體鋁合金擴(kuò)散,偏析于界面并降低界面?zhèn)鬟f載荷的性能。同時(shí),Al4C3相在受力作用下易造成碳纖維表面產(chǎn)生凹陷和缺口[20]。

【參考文獻(xiàn)】：
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