本文關(guān)鍵詞：超聲波振動(dòng)法制備碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料

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【摘要】：近些年來(lái),碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料以其高的比模量、比強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性和導(dǎo)熱率等特點(diǎn),在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方面開展了一系列的工作,其中,研究較多的是通過(guò)熱壓法、擠壓鑄造法、真空氣壓浸滲法來(lái)實(shí)現(xiàn)碳纖維與鋁基體的復(fù)合。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法的分析可知由于碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工藝復(fù)雜,成本較高,還無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用,基于此本文提出一種利用超聲波振動(dòng)制備碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工藝方法。并利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、能譜儀(EDAX)、布氏硬度計(jì)和多功能電子拉伸機(jī)等多種手段對(duì)復(fù)合材料的微觀組織、及形成機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,測(cè)試了復(fù)合材料的力學(xué)性能,分析了相關(guān)的影響因素。研究結(jié)果表明:基于將超聲波引入金屬液中,液體中質(zhì)點(diǎn)會(huì)發(fā)生位移的原理,利用自制預(yù)制體可成功制備出組織均勻,增強(qiáng)纖維與基體結(jié)合良好的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。碳纖維的間距隨著振幅的增大而顯著增長(zhǎng),當(dāng)振幅從20μm增大到30μm時(shí),碳纖維間距的平均值就由3.8μm增加至7.5μm。實(shí)際的碳纖維束受到預(yù)緊力的影響,纖維間距與理論數(shù)值有一定差值,在實(shí)際狀態(tài)下,振幅有效范圍內(nèi)此差值為2.95μm。由于超聲波沖擊波對(duì)碳纖維施加的力沒有變化,以及存在著預(yù)制體對(duì)碳纖維拉應(yīng)力的束縛,碳纖維的間距并沒有隨著振動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)而顯著增長(zhǎng)。隨著實(shí)驗(yàn)的不斷進(jìn)行,碳纖維會(huì)與基體的鋁發(fā)生反應(yīng)生成Al4C3脆性相,嚴(yán)重影響復(fù)合材料的力學(xué)性能,而利用鎳鍍層在增強(qiáng)纖維表面的沉積,可以大大抑制增強(qiáng)纖維與鋁基體的不良反應(yīng),從而得到力學(xué)性能良好的復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),在超聲波作用的有效范圍內(nèi),隨著復(fù)合材料制備過(guò)程中振幅的逐漸增大,增強(qiáng)纖維的間距也逐漸增大,基體所承受的載荷來(lái)不及轉(zhuǎn)移到全部碳纖維便開始發(fā)生斷裂,復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度隨著振幅的增大反而降低。而隨著振動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度顯著增加,當(dāng)振動(dòng)時(shí)間當(dāng)振動(dòng)時(shí)間從5s增加到20s時(shí),CF/Al復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度從98MPa增大到124MPa。并且經(jīng)過(guò)研究其斷裂機(jī)制發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的裂紋在強(qiáng)度相對(duì)較弱的基體中的缺陷處產(chǎn)生,并擴(kuò)展。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料 振幅 超聲波振動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB333
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 鋁基復(fù)合材料的概述10-14
• 1.2.1 鋁基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)10-11
• 1.2.2 鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用11-14
• 1.3 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的發(fā)展及應(yīng)用14-19
• 1.3.1 碳纖維的概述14-15
• 1.3.2 纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理15-16
• 1.3.3 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀16
• 1.3.4 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法16-19
• 1.4 超聲波在復(fù)合材料制備上的應(yīng)用19-20
• 1.4.1 超聲波的基本原理19-20
• 1.4.2 超聲波在復(fù)合材料制備過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)狀20
• 1.5 課題研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及測(cè)試方法21-24
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料21
• 2.2 復(fù)合材料的制備21-22
• 2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容22-24
• 2.3.1 顯微組織觀察22
• 2.3.2 XRD物相分析22
• 2.3.3 拉伸強(qiáng)度測(cè)試22-23
• 2.3.4 硬度測(cè)試23-24
• 第3章 實(shí)驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)24-34
• 3.1 碳纖維化學(xué)鍍鎳實(shí)驗(yàn)優(yōu)化24-26
• 3.2 實(shí)驗(yàn)裝置的工裝設(shè)計(jì)26-31
• 3.2.1 超聲波發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)26-28
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)冷卻裝置的設(shè)計(jì)28-29
• 3.2.3 碳纖維固定方式29-31
• 3.3 拉伸實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)31-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第4章 工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料組織形貌的影響34-46
• 4.1 無(wú)振動(dòng)條件下制備碳纖維鋁基復(fù)合材料34
• 4.2 利用超聲振動(dòng)的制備工藝分析34-36
• 4.3 CF/Al復(fù)合材料顯微組織分析36-37
• 4.4 超聲振動(dòng)工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料顯微組織的影響37-44
• 4.4.1 不同振幅對(duì)復(fù)合材料顯微組織的影響37-41
• 4.4.2 不同振動(dòng)時(shí)間對(duì)復(fù)合材料顯微組織的影響41-44
• 4.5 本章小結(jié)44-46
• 第5章 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的組織和性能分析46-58
• 5.1 CF/Al復(fù)合材料XRD物相分析46-47
• 5.2 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料拉伸性能測(cè)試47-55
• 5.2.1 超聲波振幅對(duì)拉伸性能的影響48-51
• 5.2.2 振動(dòng)時(shí)間對(duì)拉伸性能的影響51-55
• 5.3 硬度性能測(cè)試55-56
• 5.4 本章小結(jié)56-58
• 第6章 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 在學(xué)研究成果63-64
• 致謝64

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