2.5D浅交直联Cf/Al复合材料的显微组织及弯曲和剪切性能

采用真空压力浸渗法制备体积分数为50% 的2.5D浅交直联Cf/Al复合材料,研究复合材料的显微组织以及室温、高温下弯曲和剪切性能,分析复合材料弯曲和剪切性能的破坏失效机理.结果表明:2.5D浅交直联Cf/Al复合材料经向、纬向显微组织均存在一定的微孔、纤维丝偏聚等缺陷.室温的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度分别为268.4 M Pa,75.2 GPa和41.0 M Pa,350℃的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度分别为139 M Pa,70.9 GPa和39.2 M Pa,400℃的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度分别为97.6 M Pa,68.5 GPa和29.9 M Pa;其中,弯曲失效主要由于内侧面受压导致经向纤维束在压应力作用下被压断,纬向纤维束产生挤压变形;外侧面受拉处随测试温度升高复合材料拉伸破坏现象不明显;而剪切破坏首先出现在基体与纤维束界面损伤处,室温下纤维束被拔出,断口不平齐,350,400℃时纤维束断口呈现45°破坏;经向纤维束屈曲与纬向纤维束挤压变形程度随测试温度升高越来越严重.

2.5D-Cf/Al复合材料的经向高温力学性能及其变形断裂行为

以M40J碳纤维的2.5D浅交直联编织预制体为增强体,ZL301合金为基体材料,采用真空压力浸渗法,制备纤维体积分数50%的2.5D碳纤维增强铝基复合材料;研究2.5D浅交直联结构复合材料的致密度和微观组织,在室温、350℃和400℃环境下进行经向拉伸力学性能测试并分析其变形断裂行为。结果表明:2.5D复合材料的致密度较高达到96.2%,细观结构完整,纤维排布均匀,微观组织无明显铸造缺陷,界面上大多数区域较为干净,存在棒状的Al4C3界面相;2.5D-Cf/Al的室温、350℃和400℃的经向拉伸强度分别为531、451和408 MPa,材料的高温强度损失率仅为23%;其应力-应变曲线呈现明显非线性特征,复合材料的室温和高温拉伸断裂过程可以分为3个阶段,即基体承载阶段、纤维承载阶段、损伤与断裂阶段。