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碳纤维增强铝复合材料冷热循环行为研究

作　者: 李大光
导　师: 姜龙涛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 碳纤维铝基复合材料冷热循环微裂纹位错
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

连续纤维增强铝基复合材料以其高的比强度、比刚度、低的热膨胀系数及高热导率等优异的性能,在航空航天领域显示出巨大的应用潜力。复合材料在航空航天领域中应用时必须要考虑宇宙空间中的环境因素尤其是冷热交变对材料性能的影响。本文采用压力浸渗法制备了体积分数为55%的单向M40J/LF6复合材料,并对复合材料进行冷热循环实验(-70℃～120℃和-196℃~120℃),利用扫描电镜、透射电镜、硬度计和万能电子拉伸机等手段,研究了经不同次数冷热循环后材料的微观组织、力学性能以及断裂失效机制。M40J/LF6复合材料退火态的显微组织中位错稀少,界面存在Al3Mg2亚稳相和Al58Mg42相。随冷热循环次数的增加,纤维与基体界面处形成微裂纹并扩展,扩展速率逐渐减慢最后趋于不变;基体中位错密度呈先增加后减少再增加的趋势。力学性能测试结果表明,随着冷热循环次数的增加,复合材料的抗弯强度呈先上升后下降再上升的波动趋势;硬度呈先降低后升高再降低的波动趋势;弹性模量则是先升高了20%后逐渐降低,降至170GPa左右时趋于平稳。通过扫描电镜对冷热循环后复合材料的弯曲断口观察表明,随着冷热循环次数的增加,纤维拔出量逐渐增多最后趋于不变,说明复合材料的界面结合随循环次数的增加逐渐减弱最后趋于稳定。冷热循环过程中,复合材料部分界面由于纤维与基体热膨胀系数存在差异而形成微孔或微裂纹,导致复合材料界面结合减弱,是复合材料强度下降的主要原因;复合材料强度回升现象则与基体中位错密度的增殖有关。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-24
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 碳纤维增强铝基复合材料的研究进展  9-21
    1.2.1 概述  9
    1.2.2 基体与增强体的选择  9-12
    1.2.3 C_f/Al 复合材料的制备  12-14
    1.2.4 Cf_/Al 复合材料的界面  14-16
    1.2.5 C_f/Al 复合材料的力学性能及损伤机理  16-20
    1.2.6 C_f/Al 复合材料的应用  20-21
  1.3 空间热环境及研究现状  21-22
  1.4 影响材料热循环行为的因素  22-23
  1.5 研究目的及内容  23-24
第2章材料与试验方法  24-29
  2.1 试验材料  24
  2.2 材料制备  24-26
  2.3 试验方法  26-29
    2.3.1 冷热循环  26-27
    2.3.2 三点弯曲性能测试  27-28
    2.3.3 硬度测试  28
    2.3.4 组织结构分析  28-29
第3章冷热循环条件下C_f/Al 的微观组织  29-45
  3.1 引言  29
  3.2 C_f/Al 复合材料的金相组织  29-30
  3.3 C_f/Al 复合材料的表面形貌  30-31
  3.4 C_f/Al 复合材料的TEM 组织  31-37
    3.4.1 C_f/Al 复合材料的基体组织  31-32
    3.4.2 C_f/Al 复合材料的界面  32-37
  3.5 冷热循环对C_f/Al 复合材料微观组织的影响  37-44
    3.5.1 冷热循环后C_f/Al 复合材料的表面形貌  37-40
    3.5.2 冷热循环后C_f/Al 复合材料的TEM 组织  40-44
  3.6 本章小结  44-45
第4章冷热循环条件下C_f/Al 的力学性能  45-58
  4.1 引言  45
  4.2 退火态C_f/Al 复合材料的力学性能  45-47
    4.2.1 硬度  45
    4.2.2 三点弯曲性能  45-47
  4.3 冷热循环对复合材料力学性能的影响  47-56
    4.3.1 冷热循环对复合材料硬度的影响  47-48
    4.3.2 冷热循环对复合材料弹性模量的影响  48-51
    4.3.3 冷热循环对复合材料抗弯强度的影响  51-56
  4.4 本章小结  56-58
结论  58-59
参考文献  59-65
致谢  65

碳纤维增强铝复合材料冷热循环行为研究

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