碳纖維增強5052鋁合金復合板的制備及性能研究.pdf

1、隨著復合材料的科研水平與制備工藝的不斷提高，人們已經制備出具有優(yōu)良性能的鋁基復合材料。眾所周知，玻璃纖維/環(huán)氧樹脂增強鋁合金層板（GLARE）已經在飛機上使用;同時，碳纖維/環(huán)氧樹脂增強鋁合金層合板也已經開發(fā)出來。然而，通過環(huán)氧樹脂粘接的復合層板具有較低的界面結合強度，因此，層界面易發(fā)生破壞。此外，復合層板中的環(huán)氧樹脂粘結劑具有易老化、高溫穩(wěn)定性差等缺點，這會影響纖維增強鋁基復合材料的整體性能并限制其應用范圍。因此，需要開發(fā)更具性能優(yōu)勢

2、的復合層板來取代傳統(tǒng)的CRALL復合材料，希望其在未來能應用在航空航天領域。本文提出并制備了碳纖維增強鋁基復合層板，并研究了它的結構和性能。
　　本文選用5052鋁合金板作為基體材料，T-300單向碳纖維作為增強材料，基體與增強體之間的連接劑采用具有良好塑性的ZnAl8合金，碳纖維增強鋁基復合層板是通過熱壓法制備而成的。本文研究了復合層板制備過程中的熱壓溫度和熱壓載荷兩個變量對復合層板力學性能和界面結合強度及微觀組織結構的影響。通

3、過電子萬能拉伸試驗機對不同工藝下制備的復合層板的層界面結合強度和室溫拉伸力學性能進行測試;利用掃描電子顯微鏡(SEM)對復合層板界面的微觀結構以及粘接拉伸斷口進行分析;同時利用能譜儀(EDS)和X射線衍射儀(XRD)對層界面的成分進行分析。
　　研究結果表明:(1)采用ZnAl8合金作為中間連接劑，通過熱壓方法可以制備出高的層界面結合強度和室溫拉伸性能的碳纖維增強鋁基層合板;(2)隨著熱壓載荷的升高，不同熱壓溫度下制備的復合層板界

4、面結合強度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。在20MPa的熱壓載荷下，400℃熱壓溫度下制備的復合層板界面結合強度大于385℃下制備的復合層板界面結合強度，分別為11.06MPa和4.43MPa;(3)當界面結合強度較高時，復合板在縱向拉伸斷裂時僅有較少的碳纖維拔出，碳纖維能起到較大的增強作用。在400℃和20MPa熱壓時，復合板的界面結合強度較高，較多的碳纖維能起到應力傳遞的作用，抗拉強度可達到351MPa，與原始強度相比，提高了1.56倍。(

5、4)在20MPa和400℃熱壓法制備的復合層板中，碳纖維沒有與中間連接劑發(fā)生界面反應，同時，連接劑與基體板材的界面結合方式為冶金結合，而與碳纖維的界面結合方式為機械結合;(5)碳纖維與連接劑的潤濕性與外加載荷密切相關，在400℃熱壓溫度下，碳纖維與連接劑在10MPa時部分潤濕，20MPa時能完全潤濕，30MPa時仍然為部分潤濕。
　　上述結果說明，在合適的熱壓溫度和外加載荷的作用下，可以為中間連接劑在碳纖維之間的流動和浸滲提供足夠