涂層碳纖維增強(qiáng)AZ91鎂基復(fù)合材料制備與界面研究.pdf

1、連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鎂基（Cf/Mg）復(fù)合材料具有低密度、高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小、空間尺寸穩(wěn)定性好、不吸潮、不老化等優(yōu)良特點，是解決高性能、輕量化問題的理想材料，在航天、航空、家電、能源、汽車、運輸、體育器材等領(lǐng)域的有著廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于碳纖維與鎂合金的潤濕性差、碳纖維與鎂合金界面反應(yīng)嚴(yán)重、難以凈成形等缺點，限制了連續(xù)Cf/Mg復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用。
　　為了解決碳纖維與鎂合金潤濕性差的

2、問題，防止或者降低復(fù)合材料不良界面反應(yīng)，本文采用溶膠凝膠的方法，通過控制凝膠工藝、涂層涂敷過程、干燥燒結(jié)過程，實現(xiàn)了在碳纖維表面上制備連續(xù)、均勻、光滑、不開裂的SiO2、TiO2、ZrO2三種氧化涂層，用真空低壓的浸滲方式成功的制備了連續(xù)涂層 Cf/AZ91復(fù)合材料，研究了不同浸滲工藝對復(fù)合材料致密度的影響規(guī)律，揭示了復(fù)合材料浸滲缺陷產(chǎn)生的主要工藝，實現(xiàn)了對浸滲參數(shù)的優(yōu)化。對復(fù)合材料的微觀界面、組織結(jié)構(gòu)、界面反應(yīng)層的形成規(guī)律進(jìn)行研究，揭

3、示不同碳纖維表面涂層生成的界面產(chǎn)物對復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明：碳纖維經(jīng)過氧化處理后對表面涂層涂敷效果明顯；碳纖維表面含氧基團(tuán)越多，涂層越厚。采用真空低壓的浸滲方式可以制備出致密度高、浸滲良好的涂層 Cf/AZ91鎂基復(fù)合材料，并發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的致密度隨浸滲壓力的增大而持續(xù)增大，隨浸滲溫度的升高、保壓時間的延長而不斷增長，隨碳纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而持續(xù)降低，其中影響復(fù)合材料致密度的關(guān)鍵因素是浸滲壓力和預(yù)制體的真空

4、度；真空低壓法制備的復(fù)合材料浸滲缺陷主要為浸滲孔洞、縮孔、未浸滲完全、碳纖維團(tuán)聚和分布不均勻等；提高預(yù)制體預(yù)熱溫度和浸滲壓力、緩慢加壓降低浸滲速度等可以減少浸滲缺陷的產(chǎn)生，提高浸滲質(zhì)量。與未進(jìn)行涂層處理的Cf/AZ91復(fù)合材料相比，三種涂層碳纖維都能改善碳纖維與AZ91基體的潤濕性，并在浸滲過程中保護(hù)了碳纖維，提高了浸滲質(zhì)量，有效的防止或者降低了碳纖維與鋁元素的界面反應(yīng)。三種涂層碳纖維中，ZrO2涂層浸滲致密度最高，金相界面最潔凈，浸滲

5、效果最好；SiO2涂層是通過與鎂基體發(fā)生界面反應(yīng)從而改善了碳纖維和AZ91基體合金的潤濕性，與鎂元素生成了針狀的Mg2Si，沒有起到阻擋層的作用，不能阻止碳纖維與基體中的鋁元素發(fā)生界面反應(yīng)；TiO2涂層是通過涂層外表面部分與鎂基體發(fā)生界面反應(yīng)從而改善了碳纖維與AZ91合金的潤濕性，被置換出來的單質(zhì)鈦在液固界面前富集，阻止鋁元素的擴(kuò)散，剩余的TiO2繼續(xù)以涂層的形式保護(hù)碳纖維，起到了阻擋層的作用；ZrO2涂層是通過涂層外表面部分與鎂基體發(fā)