基体合金对连续M40石墨纤维/Al复合材料纤维损伤及断裂机制的影响

选用M40石墨纤维为增强体,采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为40%,基体合金分别为ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301合金的连续M40/Al复合材料,并用NaOH溶液萃取出M40纤维,研究了基体合金对连续M40/Al复合材料纤维损伤和断裂机制的影响。结果表明:不同的基体合金对M40纤维造成的损伤差异较大,从M40/ZL301复合材料中萃取的纤维拉伸强度最高,其拉伸强度为1 686MPa,约为纤维原丝拉伸强度的38.3%;而从M40/ZL102复合材料中萃取的纤维拉伸强度最低,其拉伸强度仅为687MPa,且纤维表面粗糙程度不一。不同M40/Al复合材料的断裂机制存在明显差别,M40/ZL102和M40/ZL114A复合材料断裂时无纤维拔出及界面脱粘,裂纹横向穿过纤维导致复合材料在低应力下失效;M40/ZL205A复合材料则表现为少量纤维拔出,界面轻微脱粘;同时,M40/ZL301复合材料表现为大量纤维拔出,裂纹沿界面纵向扩展,界面脱粘明显,纤维充分发挥其承载作用,复合材料的拉伸强度最高,达到了670.2 MPa。

内外部缺口对三维正交M40J/Al复合材料力学性能的影响

以ZL301合金为基体,预制体以M40J碳纤维为原材料编织成三维正交结构,通过真空压力浸渗法制备了纤维体积分数为50%的三维正交M40J/Al复合材料,通过SEM分析了微观组织和断口形貌,研究了缺口位置对三维正交M40J/Al复合材料经向力学性能的影响,并探讨了失效机理。结果表明,室温下含V形缺口、矩形缺口、中心圆孔缺口的复合材料抗拉强度分别为690.7、667.0、314.2 MPa,较无缺口试样(761.0 MPa)分别下降了9.24%、12.35%、58.71%。相比于外部缺口,内部缺口对三维正交编织结构M40J/Al复合材料力学性能影响最大。含中心圆孔缺口的复合材料断裂位置集中在缺口处,对中心圆孔缺口非常敏感,与另外3种类型的复合材料相比,其抗拉强度最低。