连续SiCf/Al复合材料的界面强度及其对复合材料拉伸强度的影响

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:gen19gu86
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界面在纤维增强金属基复合材料中起着至关重要的作用,它不但是纤维增强金属基复合材料中增强相和基体相互连接的纽带,也是应力和其它信息相互传递的桥梁。很明显,该类复合材料的性能将在很大程度上依赖于其界面性能。因此,要获得性能优异的连续纤维增强铝基复合材料,就存在其界面优化的问题。所以,分析这类复合材料界面强度的影响因素,并建立定量表征其界面强度的测试技术、建立铝基复合材料界面强度与宏观性能的联系,对进一步促进连续SiC_f/Al复合材料的界面优化和工程应用具有重要的意义。本文在单根纤维的拔出试验和纤维顶出试验的基础之上,通过采用真空气压浸渗的方法制备了连续单束细丝SiC_f/Al复合材料试样,探讨了连续单束细丝SiC_f/Al复合材料界面强度的单束拔出测试方法。并着重研究了基体铝合金、纤维预热温度对单束细丝连续SiC_f/Al复合材料界面强度的影响及其作用机理,并进一步探寻了复合材料的界面强度对其拉伸强度的影响。主要结论如下:采用美国Instron5543型单立拉伸材料试验机对连续的单束细丝SiC_f/Al复合材料进行了单束纤维的拉脱拔出实验,得到了不同条件下的纤维极限拔出长度,拉脱是在基体与纤维之间界面处发生的,应是界面强度的反应,通过单束纤维拔出的微拉伸能有效表征连续SiC_f/Al复合材料中纤维/基体的界面强度,尤其对于中、弱界面强度的测试更为有效、简单。连续SiC_f/Al复合材料的制备工艺参数(纤维预热温度)及基体合金的特性对复合材料界面强度有着显著的影响。基体合金能有效改变连续SiC_f/Al复合材料中纤维/基体之间的界面强度,并对连续SiC_f/Al复合材料的拉伸强度有着明显的影响;其中以ZL301为基体的单束连续SiC_f/Al复合材料,其界面强度和拉伸强度均最大,为1.8MPa~2.7MPa和235MPa;以ZL102和ZL210A为基体的单束连续SiC_f/Al复合材料,其界面强度和拉伸强度相差不大,分别为0.58MPa~0.87MPa、157MPa和0.65MPa~0.98MPa、154MPa。同时,对复合材料中萃取出SiC纤维的SEM分析也发现,基体铝合金对纤维表面的形貌有明显的影响:从SiC_f/ZL102复合材料中萃取出的纤维其表面较光滑,且表面有少许界面相附着在纤维表面,其尺寸较小且比较分散;从SiC_f/ZL210A复合材料中萃取出的纤维其表面有较多界面相附着在纤维表面,尺寸较大且比较集中;从SiC_f/ZL301复合材料中萃取出的纤维其表面很粗糙,且表面有大量界面相附着在纤维表面,这也从侧面反映出了界面反应的程度。纤维预热温度是连续SiC_f/Al复合材料真空气压浸渗成形工艺中的关键参数,改变纤维预热温度能有效调整复合材料中纤维与基体的界面强度,随着纤维预热温度的升高,界面强度表现为逐渐升高的趋势,其中,500℃、530℃的界面强度为0.54MPa~0.81MPa、1.8MPa~2.7MPa,当预热温度上升到550℃,其界面强度进一步提高;而复合材料的拉伸强度在预热温度530℃时达到最大,为232MPa,随着纤维预热温度上升到550℃时,其拉伸强度下降到最小值,仅为118MPa。同时,对复合材料中萃取出SiC纤维的SEM分析也发现:纤维预热温度对纤维表面的形貌有显著的影响,随着纤维预热温度的上升,其表面形貌从光滑表面逐渐过渡到粗糙表面,且纤维表面附着物从仅有少量的极小的点状物,到附着有大量的点状物和块状物,也从侧面反映了界面反应的程度。
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