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近十几年来,在高性能碳纤维遭受国际禁运的背景下,国内碳纤维的研制取得了显著成就。含碳量在99%以上的碳纤维又称作石墨纤维,由于具有高强高模的特性使其在众多领域被广泛使用。在Cf/Al复合材料领域,编织Cf/Al复合材料除具有较高的比强度、比模量、良好的空间耐受性,密度小等优异性能外,还具有整体性好,预制体可设计性强等特点,备受国内外学者及高新技术领域的关注,而石墨纤维表面相对较高的惰性使得Cf/Al复合材料的界面反应不会过于剧烈,因此高强高模的石墨纤维是该领域具有广阔应用前景的增强体。但我国多数高性能碳纤维依赖进口,对以国产碳纤维及其织物为增强体的铝基复合材料的研究鲜有报道。为此,开展国产Cf/Al复合材料力学性能的评价工作对推动国产碳纤维高新技术产品的实际工程化应用及实现相关领域高性能碳纤维的国产化替代有着重要意义。实验选用国产MJ系列碳纤维M50J与M55J为增强体材料,纤维预制体分别采用单向连续碳纤维布(层叠后纤维体积分数为45%)和三维五向结构编织体(纤维体积分数为50%),以ZL301为基体合金,采用真空压力浸渗法制备国产Cf/Al复合材料。研究了国产Cf/Al复合材料的微观特征及室温和高温的力学性能,且将纤维从复合材料中提取观察分析纤维的损伤情况,并与同种制备工艺条件下以进口碳纤维为增强体材料的Cf/Al复合材料进行了简要比对。主要结论如下:国产碳纤维的圆形截面形状并未对真空压力浸渗法制备的Cf/Al复合材料的致密度和微观缺陷造成明显影响,在文中所述的工艺条件下制备得到的单向连续M50J/Al复合材料和三维五向M55J/Al复合材料的致密度分别为98.86%和97.80%,浸渗效果较好。复合材料中均存在少量浸渗微孔和纤维偏聚等现象,其中单向连续预制体在浸渗时纤维更易发生偏聚现象,三维五向M55J/Al复合材料中周向微观组织中的微孔缺陷较轴向更多。XRD和TEM测试分析表明两种复合材料在制备过程中均发生了一定程度的界面反应且生成了少许细杆状离子碳化物Al4C3。从复合材料中提取出的纤维丝表面存在少许附着物且存在表面沟槽加深的情况,说明制备过程发生的界面反应会造成纤维的侵蚀,在纤维受载的过程中这些侵蚀处更易产生应力集中造成纤维承载能力下降。纤维力学性能测试结果表明,浸渗后复合材料中提取出的M50J纤维单丝平均(30个样本)强度为3280MPa,平均模量为447GPa;浸渗后M55J纤维单丝平均(30个样本)强度为3440MPa,平均模量为513GPa。石墨化程度更高的M55J原丝由于表面惰性更高使得其损伤较M50J更小,界面反应对复合材料的力学性能有着较大影响。单向连续M50J/Al复合材料力学性能试验结果表明,在体积分数为45%时,M50J/Al复合材料的室温拉伸强度为856MPa,在350℃时强度为774.7MPa,相较于室温仅降低了9.5%,其拉伸模量分别为204.3GPa和197.3GPa,复合材料在拉伸过程中出现分层现象,在达到极限强度时发生脆性断裂;室温及高温的弯曲强度分别为813.5MPa和653.5MPa,弯曲模量分别为146.5GPa和151.5GPa,复合材料在较低位移量时发生失效。拉伸性能与同体积分数的进口M40J/Al复合材料相当,且由于纤维本身的模量更高使得复合材料在强度没有降低的前提下而拉伸模量比进口M40J/Al复合材料的表现更加优异。三维五向M55J/Al复合材料的力学性能试验均沿复合材料的轴向,结果表明,M55J/Al复合材料在室温及350℃下的拉伸强度分别为601.3MPa和689.7MPa,拉伸模量分别为181.6GPa和146.7GPa,室温较高温强度更低可能是由于高温使得基体对编织纱的束缚减小,拉伸过程无明显的屈服与颈缩现象;室温及高温的弯曲强度分别为505.3MPa和334.7MPa,弯曲模量分别为158GPa和137.7GPa,由于纤维的高模量和编织纱在弯曲过程中的互相挤压,在三点弯曲过程中复合材料内侧面出现一定程度的基体团簇现象。