碳纖維增強(qiáng)5052鋁合金復(fù)合板的制備及性能研究.pdf

1、隨著復(fù)合材料的科研水平與制備工藝的不斷提高，人們已經(jīng)制備出具有優(yōu)良性能的鋁基復(fù)合材料。眾所周知，玻璃纖維/環(huán)氧樹脂增強(qiáng)鋁合金層板（GLARE）已經(jīng)在飛機(jī)上使用;同時(shí)，碳纖維/環(huán)氧樹脂增強(qiáng)鋁合金層合板也已經(jīng)開發(fā)出來。然而，通過環(huán)氧樹脂粘接的復(fù)合層板具有較低的界面結(jié)合強(qiáng)度，因此，層界面易發(fā)生破壞。此外，復(fù)合層板中的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑具有易老化、高溫穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，這會(huì)影響纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的整體性能并限制其應(yīng)用范圍。因此，需要開發(fā)更具性能優(yōu)勢(shì)

2、的復(fù)合層板來取代傳統(tǒng)的CRALL復(fù)合材料，希望其在未來能應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域。本文提出并制備了碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合層板，并研究了它的結(jié)構(gòu)和性能。
　　本文選用5052鋁合金板作為基體材料，T-300單向碳纖維作為增強(qiáng)材料，基體與增強(qiáng)體之間的連接劑采用具有良好塑性的ZnAl8合金，碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合層板是通過熱壓法制備而成的。本文研究了復(fù)合層板制備過程中的熱壓溫度和熱壓載荷兩個(gè)變量對(duì)復(fù)合層板力學(xué)性能和界面結(jié)合強(qiáng)度及微觀組織結(jié)構(gòu)的影響。通

3、過電子萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同工藝下制備的復(fù)合層板的層界面結(jié)合強(qiáng)度和室溫拉伸力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試;利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)復(fù)合層板界面的微觀結(jié)構(gòu)以及粘接拉伸斷口進(jìn)行分析;同時(shí)利用能譜儀(EDS)和X射線衍射儀(XRD)對(duì)層界面的成分進(jìn)行分析。
　　研究結(jié)果表明:(1)采用ZnAl8合金作為中間連接劑，通過熱壓方法可以制備出高的層界面結(jié)合強(qiáng)度和室溫拉伸性能的碳纖維增強(qiáng)鋁基層合板;(2)隨著熱壓載荷的升高，不同熱壓溫度下制備的復(fù)合層板界

4、面結(jié)合強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在20MPa的熱壓載荷下，400℃熱壓溫度下制備的復(fù)合層板界面結(jié)合強(qiáng)度大于385℃下制備的復(fù)合層板界面結(jié)合強(qiáng)度，分別為11.06MPa和4.43MPa;(3)當(dāng)界面結(jié)合強(qiáng)度較高時(shí)，復(fù)合板在縱向拉伸斷裂時(shí)僅有較少的碳纖維拔出，碳纖維能起到較大的增強(qiáng)作用。在400℃和20MPa熱壓時(shí)，復(fù)合板的界面結(jié)合強(qiáng)度較高，較多的碳纖維能起到應(yīng)力傳遞的作用，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到351MPa，與原始強(qiáng)度相比，提高了1.56倍。(

5、4)在20MPa和400℃熱壓法制備的復(fù)合層板中，碳纖維沒有與中間連接劑發(fā)生界面反應(yīng)，同時(shí)，連接劑與基體板材的界面結(jié)合方式為冶金結(jié)合，而與碳纖維的界面結(jié)合方式為機(jī)械結(jié)合;(5)碳纖維與連接劑的潤(rùn)濕性與外加載荷密切相關(guān)，在400℃熱壓溫度下，碳纖維與連接劑在10MPa時(shí)部分潤(rùn)濕，20MPa時(shí)能完全潤(rùn)濕，30MPa時(shí)仍然為部分潤(rùn)濕。
　　上述結(jié)果說明，在合適的熱壓溫度和外加載荷的作用下，可以為中間連接劑在碳纖維之間的流動(dòng)和浸滲提供足夠