基体合金对连续SiC_f/Al复合材料界面及拉伸强度的影响

分别以ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301这4种合金为基体,以Si C纤维为增强体,采用真空气压浸渗法制备SiC_f体积分数为40%的连续SiC_f/Al复合材料。采用TEM和SEM对不同基体合金的SiC_f/Al复合材料界面及断口形貌进行观察,并测试其拉伸强度。结果表明:不同基体合金的连续SiC_f/Al复合材料界面形貌存在明显差异,其力学性能及断口形貌亦存在较大的差异。其中,SiC_f/ZL102复合材料的界面存在细小的针状Al_4C_3相,无明显界面层,呈弱界面结合,平均拉伸强度为615.7 MPa,断口纤维拔出现象明显;SiC_f/ZL205A复合材料的界面存在块状的Al_4C_3相及CuAl_2相,呈强界面结合,平均拉伸强度为385.1 MPa,断口平齐;SiC_f/ZL114A复合材料的界面结合较SiC_f/ZL102复合材料的强,平均拉伸强度为475.9 MPa;SiC_f/ZL301复合材料的界面存在棒状Al_4C_3相,大量Mg元素的富集降低界面反应,界面结合强度适中,平均拉伸强度为769.3 MPa,断口出现韧窝,基体改变裂纹横向传播的方向。

SiC_f/Al复合材料的界面性能及机制

通过对ＳｉＣ纤维表面富Ｃ、富ＳｉＯ２和双涂层处理的ＳｉＣｆ／Ａｌ复合材料试样的不同热压制备工艺研究，发现热压温度和压力均对纤维表面改性后的界面性能有相当大的影响，温度和压力的提高改善了富ＳｉＯ２处理试样的界面性能，却使富Ｃ和双涂层处理试样的界面性能蜕化，研究了产生这种影响的机制．

SiC_f/Al复合材料的疲劳行为

本文对NICALON SiC束丝纤维增强Al预制丝的拉-拉疲劳行为(应力比R=0.1)进行了研究。结果表明,复合材料的疲劳性能比铝合金有明显提高,预制丝循环过程中,单丝纤维不断破断,导致材料最终破坏,600℃高温热暴露后,界面结合增强,预制丝的疲劳性能降低。

纤维预热温度对真空气压浸渗连续SiC_f/Al复合材料致密度和力学性能的影响

选用先驱体法制备的直径10~15μm束丝SiC纤维作为增强体材料，采用真空气压浸渗法制备了SiCf体积分数为40%的连续SiCf/Al复合材料，研究纤维预热温度对复合材料显微组织与力学性能的影响。结果表明：复合材料中原局部存在少量团聚的SiC纤维束随着纤维预热温度的提高，纤维团聚减少，分布更趋于均匀；而复合材料致密度和抗拉强度随纤维预热温度的升高先逐渐增加后缓慢降低；其中，在纤维预热温度为500℃、浸渗温度为730℃、浸渗压力为7 MPa和保压时间为5 min的浸渗工艺条件下所制备的连续SiCf/Al复合材料的致密度为97.24%，抗拉强度达到768.9 MPa。

保压时间对3D-SiC_f/Al复合材料组织及力学性能的影响

选用三维五向编织结构的SiC纤维为增强体,采用真空辅助压力浸渗法制备纤维体积分数为48%的3D-SiC_f/ZL301复合材料,研究了浸渗保压时间对3D-SiC_f/Al复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明,复合材料的致密度随着保压时间的延长而增大,达到99.0%,延长保压时间可以减少复合材料纤维束内空隙和团聚现象;而复合材料的抗拉强度则随着保压时间的增加呈先上升后下降的趋势,这是由于过强的界面反应导致复合材料的力学性能恶化。

预热温度对SiC_f/Al复合材料纤维损伤和性能的影响

选用单向排布SiC纤维预制体为增强体材料,ZL301合金为基体材料,纤维预热温度选取500、530、550℃,制备纤维体积分数为40%的连续SiCf/Al复合材料,研究了不同纤维预热温度对连续SiC_f/Al复合材料的相组成、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明,随着纤维预热温度上升,纤维的损伤越严重,预热500℃的纤维抗拉强度最高,为1 827MPa,是SiCf纤维原丝强度的77.7%,预热550℃时的纤维抗拉强度最低,仅为1 360MPa;纤维预热温度对连续SiC_f/Al复合材料的力学性能有较大影响,纤维预热温度为530℃时复合材料的抗拉强度最高,为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,表现出适中的界面结合强度。