織物結(jié)構(gòu)對(duì)2.5dcfal復(fù)合材料組織與力學(xué)性能的影響研究

1、學(xué)校代碼：10406 分類號(hào)：TB333 學(xué) 號(hào)：140308250302南昌航空大學(xué)碩 士 學(xué) 位 論 文南昌航空大學(xué)碩 士 學(xué) 位 論 文（學(xué)術(shù)學(xué)位研究生）織物結(jié)構(gòu)對(duì) 織物結(jié)構(gòu)對(duì) 2.5D-Cf/Al 復(fù)合材料組織與力學(xué)性能的影響研究復(fù)合材料組織與力學(xué)性能的影響研究碩士研究生：董敬濤導(dǎo) 師：王振軍 副教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩 士學(xué)科、專業(yè)：航空宇航制造工程所在單位：航空制造工程學(xué)院答辯日期：2017 年 6 月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)

2、I摘 要連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（Cf/Al 復(fù)合材料）具有高比強(qiáng)度、高比模量、低熱膨脹系數(shù)及良好的耐熱和抗老化性能， 在航空航天及國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。三維角聯(lián)鎖(2.5D)織物增強(qiáng)復(fù)合材料具有良好的結(jié)構(gòu)整體性和各向性能可設(shè)計(jì)性， 是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料， 目前研究主要集中在 2.5D 織物增強(qiáng)樹(shù)脂基和陶瓷基復(fù)合材料領(lǐng)域， 而關(guān)于 2.5D 織物增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究報(bào)道較少且僅限于材料制備方面， 缺乏織

3、物結(jié)構(gòu)對(duì)其宏觀力學(xué)性能影響及斷裂失效機(jī)理的研究，難以為其制備工藝和織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。本文以鋁合金 ZL301 為基體，以淺交彎聯(lián)、淺交直聯(lián)、層聯(lián)結(jié)構(gòu)的 2.5D 機(jī)織物為增強(qiáng)體，采用真空輔助壓力浸滲法制備了 2.5D 織物增強(qiáng) Cf/Al 復(fù)合材料（2.5D-Cf/Al 復(fù)合材料） 。研究了織物結(jié)構(gòu)對(duì) 2.5D-Cf/Al 復(fù)合材料致密度與組織的影響，分析了織物結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料經(jīng)/緯向拉伸和彎曲力學(xué)性能的影響規(guī)律；針對(duì)淺交彎聯(lián)結(jié)構(gòu)

4、 2.5D-Cf/Al 復(fù)合材料，研究了織物經(jīng)/緯向纖維比例與復(fù)合材料力學(xué)性能之間的關(guān)系，在復(fù)合材料拉伸變形力學(xué)行為和斷口形貌分析基礎(chǔ)上，探索了其宏細(xì)觀斷裂與失效機(jī)理，獲得的主要結(jié)論如下：真空壓力浸滲法制備的三種織物結(jié)構(gòu)的 2.5D-Cf/Al 復(fù)合材料中織物細(xì)觀結(jié)構(gòu)完整，復(fù)合材料中存在少量束內(nèi)纖維偏聚現(xiàn)象；淺交彎聯(lián)、淺交直聯(lián)和層聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料平均致密度分別為 97.8%、98.5%和 97.6%，織物結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料致密度影響不顯著；復(fù)

5、合材料界面產(chǎn)物為呈短棒狀具有斜方六面體晶體結(jié)構(gòu)的Al4C3 相，其近似含量最高為 5.8%。淺交彎聯(lián)、 淺交直聯(lián)和層聯(lián)結(jié)構(gòu)的 2.5D-Cf/Al 復(fù)合材料經(jīng)向拉伸極限強(qiáng)度分別為 380.61MPa、 414.51MPa、 391.33MPa； 緯向拉伸極限強(qiáng)度分別為 268.25MPa、247.14MPa、244.65MPa，淺交彎聯(lián)復(fù)合材料較淺交直聯(lián)和層聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有更為均衡的經(jīng)/緯向力學(xué)性能；三種織物結(jié)構(gòu)復(fù)合材料經(jīng)向拉伸強(qiáng)度與

6、理論強(qiáng)度的比值均高于緯向比值， 表明其具有更好的經(jīng)向承載能力； 復(fù)合材料拉伸斷口存在纖維從基體拔出后的孔洞，但經(jīng)向拉伸斷口比緯向拉伸斷口更加參差不齊，纖維拔出現(xiàn)象也更為明顯。淺交彎聯(lián)、 淺交直聯(lián)和層聯(lián)結(jié)構(gòu)的 2.5D-Cf/Al 復(fù)合材料經(jīng)向抗彎強(qiáng)度分別為385.93MPa 、 454.74MPa 、 429.15MPa ， 緯 向 抗 彎 強(qiáng) 度 分 別 為 360.03MPa 、371.57MPa、401.23MPa，三種織物結(jié)構(gòu)復(fù)