碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備研究.pdf

1、鎂合金具有低的密度，高比強(qiáng)度和比模量，良好的阻尼減振性能、電磁屏蔽性和環(huán)境相容性等性能，但是模量和強(qiáng)度的絕對(duì)值比較低。碳纖維具有低密度、高強(qiáng)度、高模量、低熱膨脹、耐輻射等優(yōu)良特性。以這兩種材料復(fù)合制備的碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料（C/Mg復(fù)合材料），將具有密度低、比強(qiáng)度、比模量高、熱膨脹系數(shù)可以接近于零、在較大溫度范圍內(nèi)具有很好的尺寸穩(wěn)定性等特性，在航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域?qū)⒕哂袠O其廣闊的應(yīng)用前景。復(fù)合材料制備中，界面控制和材料成型是兩個(gè)關(guān)鍵

2、，但碳纖維與鎂合金基體的不潤(rùn)濕以及之間的界面反應(yīng)限制了材料性能的穩(wěn)定和提高，制備出的復(fù)合材料在力學(xué)性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其期望值。而且鎂易燃燒、易氧化，導(dǎo)致鎂基復(fù)合材料的制備工藝?yán)щy。 本文通過(guò)分析液相浸滲過(guò)程得出C/Mg復(fù)合材料的制備關(guān)鍵，采用在碳纖維表面制備功能涂層，解決了碳纖維和鎂基體的潤(rùn)濕性問(wèn)題，控制界面反應(yīng)和界面微觀結(jié)構(gòu)；采用纖維與顆?；祀s預(yù)制型改善纖維在基體中的分布；采用液相浸滲法，在較低壓力下制備獲得了界面結(jié)合和性能良好的

3、復(fù)合材料。 通過(guò)分析液相浸滲法制備復(fù)合材料時(shí)金屬熔體對(duì)增強(qiáng)體的浸滲過(guò)程可知，對(duì)于非潤(rùn)濕體系，只有克服臨界浸滲壓力，才能實(shí)現(xiàn)纖維的浸滲。臨界浸滲壓力與金屬液體的表面張力、纖維體積分?jǐn)?shù)和分布等有關(guān)。以此為根據(jù)提出解決碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料制備中浸滲問(wèn)題的方法，即建立適當(dāng)?shù)睦w維表面涂層和采用纖維與顆?；祀s預(yù)制型。 碳纖維表面SiO2涂層能有效改善碳纖維和鎂基體的潤(rùn)濕性。實(shí)驗(yàn)采用溶膠—凝膠法制備涂層，研究了水硅比、醇硅比、催化劑

4、、化學(xué)添加劑對(duì)正硅酸乙酯溶膠—凝膠過(guò)程和碳纖維表面涂層的影響，并討論了提拉速度、燒結(jié)工藝等工藝參數(shù)對(duì)涂層的影響。利用SEM、Fourier紅外光譜法、XRD等手段對(duì)溶膠和涂層進(jìn)行了測(cè)定和分析。通過(guò)選用適當(dāng)工藝，最終獲得連續(xù)、均勻的碳纖維表面SiO2涂層，選用空心微珠作為在碳纖維的混雜顆粒?？招奈⒅榫哂刑烊磺蝮w外形，在起到均勻分散纖維、抵抗束間橫向浸滲壓力對(duì)纖維擠壓的同時(shí)，避免切割損傷纖維。由于束內(nèi)縱向充填通道的存在，降低了鎂熔體滲入碳纖