基體合金對連續(xù)SiCf-Al復合材料的微觀組織及力學性能的影響.pdf

1、本文選用先驅(qū)體法制備的束絲SiC纖維（KD-Ⅱ）為增強體，采用真空氣壓浸滲法制備了體積分數(shù)40％、基體合金分別為ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301的連續(xù)SiCf/Al復合材料，研究了基體合金對連續(xù)SiCf/Al復合材料微觀組織和力學性能的影響，初步探討了不同基體合金對界面結(jié)構(gòu)、纖維損傷和斷裂行為的影響。主要結(jié)論如下：
　　基體合金對復合材料的致密度有明顯的影響。其中SiCf/ZL102、SiCf/ZL114A及Si

2、Cf/ZL205A的致密度分別為97.30%、97.58%和97.70%，差別不大；SiCf/ZL301的復合材料致密度最高，達到99.08%，但SiCf/ZL301浸滲下端的致密度高于浸滲上端，這是預制體中的氣體浸滲時被鋁液壓縮至預制體上端所致；同時，其復合材料的密度也是其中最低的，僅為2.53g/cm3。
　　真空氣壓浸滲法制備條件下的基體合金組織為壓力凝固下的常規(guī)鑄態(tài)組織，基體合金對復合材料的SEM組織有明顯的影響。其中，S

3、iCf/ZL102、SiCf/ZL114A及SiCf/ZL301三種復合材料纖維分散性好，纖維與基體結(jié)合良好，而SiCf/ZL205A復合材料組織則存在明顯的纖維與纖維的粘結(jié)及浸滲微孔。纖維分散均勻性與基體合金對SiC纖維的潤濕性及鋁液流動性有直接的聯(lián)系。
　　TEM分析顯示，基體合金對復合材料的界面結(jié)構(gòu)有明顯的影響。SiCf/ZL102復合材料未明顯看出界面層，SiC纖維邊緣粗糙且分布著碎片狀物質(zhì)，界面處發(fā)現(xiàn)細小針狀的Al4C3

4、相；SiCf/ZL114A復合材料存在約89.84nm厚的界面層，其顏色較SiC纖維深且顏色一致，發(fā)現(xiàn)由纖維邊緣向基體中生長的Al4C3相，測得其長約612.05nm，寬約67.18nm，長寬比為9.11；SiCf/ZL205A復合材料界面層厚度約為273.3nm，塊狀界面Al4C3與SiC纖維形成“搭橋”的現(xiàn)象；SiCf/ZL301復合材料同樣存在較為明顯的界面層，其厚度約286.80nm且界面層物相復雜，存在無定形Si和可能含有Mg

5、Al2O3?；w合金中所含的Si、Mg、Cu元素對纖維富集能力及抑制界面反應(yīng)的能力是影響復合材料界面結(jié)構(gòu)的重要影響因素。
　　基體合金的拉伸強度對復合材料的拉伸強度影響不大，沒有明顯的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)不同基體合金的復合材料力學性能差異很大，基體合金為ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301的復合材料其平均拉伸強度分別為：615.7MPa、475.9MPa、385.1MPa及769.3MPa。
　　用NaOH溶液萃

6、取SiCf/ZL102、SiCf/ZL114A、SiCf/ZL205A及SiCf/ZL301復合材料的SiC纖維平均拉伸強度分別為原絲的50.94%、41.51%、25.09%及76.93%。很明顯，萃取后的SiC纖維的拉伸強度與復合材料的拉伸強度的變化規(guī)律是一致的。
　　不同基體合金復合材料斷口形貌的對比分析表明：SiCf/ZL102復合材料斷口處有較多纖維拔出，其界面結(jié)合不強；SiCf/ZL205A復合材料的斷口平齊，界面反應(yīng)