本文采用传统的熔炼铸造法制备了2024Sc铝合金,并采用液态搅拌铸造法制备质量分数为3%长度分别为2mm、3mm、4mm、5mm短碳纤维增强2024Sc铝基复合材料。用化学镀铜的方法处理碳纤维,采用扫描电子显微镜(SEM)观察材料的微观组织和拉伸断口形貌,采用EDS分析材料的微观组织中第二相成分,利用阿基米德原理,对材料的密度、致密化程度进行分析,通过室温拉伸试验、加载-卸载试验测量了五种材料双级时效下的常规力学性能和微屈服性能,采用热膨胀仪测量材料的热膨胀系数。结果表明:(1)铸态的2024Sc铝合金,由于非平衡凝固时发生偏析,微观组织中有白色连续网状的第二相和深灰色α-Al基体组成,在C_f增强复合材料中观察到碳纤维均匀分布在界面上,发生了轻微的界面反应。经过均匀化处理后,连续白色网状第二相变成不连续状,Zr、Sc部分溶解到基体中,部分以Sc、Zr化合物的形式存在。经过挤压后,第二相晶粒被拉长且沿着晶界分布,碳纤维由乱序排列变成沿着挤压方向分布。(2)研究发现,复合材料的理论密度和实际密度均小于2024Sc铝合金,铸态时的密度均小于挤压后的密度。随着碳纤维长度的增加,复合材料的铸态密度先增加后降低,经过挤压后复合材料的密度之间没有明显差异,但是,复合材料孔隙率明显降低,孔隙率分别降低了71.3%、59.4%、80.2%和80%。且随着碳纤维长度的增加,复合材料的致密化程度越来越高,改善了材料的力学性能。(3)经过495℃/2h固溶,130℃/3h+200℃/(5h、10h、15h)双级时效处理后,研究发现,当碳纤维长度小于5mm时,同种材料的抗拉强度、屈服强度和弹性模量均是先升高后降低,终级时效10h时复合材料的抗拉强度、屈服强度和弹性模量最大分别为472MPa、411MPa、87GPa;当长度为5mm时,峰时效时间提前至5h,抗拉强度和屈服强度分别达到494MPa、419MPa;当铝合金中添加碳纤维后,材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率均下降,但是材料的弹性模量明显提高,最高为90GPa;复合材料经过拉伸后,通过观察断口形貌发现,碳纤维一般被拔出(提前失效)或拔断。(4)研究发现,微屈服阶段时效硬化率远远高于屈服阶段的时效硬化率,经过495℃/2h固溶,130℃/3h+200℃/10h双级时效处理后,材料的微屈服达到最大值。随着碳纤维长度的增加,C_f增强复合材料的微屈服强度先升高后降低,当碳纤维长度为4mm,复合材料的微屈服强度达到最大值为304MPa。随着碳纤维的加入,降低了C_f增强复合材料的微屈服强度。(5)研究发现,材料相对伸长量与温度变化基本上呈线性关系。加入碳纤维后,复合材料的热膨胀系数降低,随着碳纤维长度的增加,复合材料的热膨胀系数先降低后升高。当碳纤维长度为4mm时,复合材料的热膨胀系数最小,为24.2×10-6/℃。综合分析可得,当碳纤维为4mm时,综合性能最佳。