碳纤维增强镁基复合材料的制备研究

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1、上海交通大学硕士学位论文碳纤维增强镁基复合材料的制备研究摘要镁合金具有低的密度，高比强度和比模量，良好的阻尼减振性能、电磁屏蔽性和环境相容性等性能，但是模量和强度的绝对值比较低。碳纤维具有低密度、高强度、高模量、低热膨胀、耐辐射等优良特性。以这两种材料复合制备的碳纤维增强镁基复合材料（C/Mg复合材料），将具有密度低、比强度、比模量高、热膨胀系数可以接近于零、在较大温度范围内具有很好的尺寸稳定性等特性，在航空、航天、国防等领域将具有极其广阔的应用前景。复合材料制备中，界面控制和材料成型是两个关键，但碳纤维与镁合金基体的不润湿以及之间的界面反应限制了材料

2、性能的稳定和提高，制备出的复合材料在力学性能上远远低于其期望值。而且镁易燃烧、易氧化，导致镁基复合材料的制备工艺困难。本文通过分析液相浸渗过程得出C/Mg复合材料的制备关键，采用在碳纤维表面制备功能涂层，解决了碳纤维和镁基体的润湿性问题，控I摘要制界面反应和界面微观结构；采用纤维与颗粒混杂预制型改善纤维在基体中的分布；采用液相浸渗法，在较低压力下制备获得了界面结合和性能良好的复合材料。通过分析液相浸渗法制备复合材料时金属熔体对增强体的浸渗过程可知，对于非润湿体系，只有克服临界浸渗压力，才能实现纤维的浸渗。临界浸渗压力与金属液体的表面张力、纤维体积分数和

3、分布等有关。以此为根据提出解决碳纤维增强镁基复合材料制备中浸渗问题的方法，即建立适当的纤维表面涂层和采用纤维与颗粒混杂预制型。碳纤维表面SiO2涂层能有效改善碳纤维和镁基体的润湿性。实验采用溶胶—凝胶法制备涂层，研究了水硅比、醇硅比、催化剂、化学添加剂对正硅酸乙酯溶胶—凝胶过程和碳纤维表面涂层的影响，并讨论了提拉速度、烧结工艺等工艺参数对涂层的影响。利用SEM、Fourier红外光谱法、XRD等手段对溶胶和涂层进行了测定和分析。通过选用适当工艺，最终获得连续、均匀的碳纤维表面SiO2涂层，选用空心微珠作为在碳纤维的混杂颗粒。空心微珠具有天然球体外形，在

4、起到均匀分散纤维、抵抗束间横向浸渗压力对纤维挤压的同时，避免切割损伤纤维。由于束内纵向充填通道的存在，降低了镁熔体渗入碳纤维过程中的熔体阻力。采用空心微珠＋碳纤维混杂预制型制备的复合材料实现了碳纤维束内纤维的均匀分散。通过液相浸渗处理后的碳纤维预制件制备获得复合材料。利用II上海交通大学硕士学位论文SEM、TEM、XRD等分析研究碳纤维和镁基体的界面结合情况、界面产物，测试了复合材料的力学及阻尼性能。关键词：溶胶凝胶法、混杂增强、空心微珠、液相浸渗、碳纤维增强镁基复合材料IIIABSTRACTSTUDYONTHEPREPARATIONOFCARBONF

5、IBERREINFORCEDMAGNESIUMCOMPOSITESABSTRACTMagnesiumanditsalloyareoneofthelightestengineeringmaterials,what’smore,suchmaterialspossessofmuchadvantageousproperties,suchashighspecificstrength、highspecificmodule，highdampingcapacity.So,magnesiumalloyisimportantinthestudiesandapplicati

6、onsofthemodernindustry.However,itisdifficulttoapplymagnesiumalloyinadvancedtechnologyfieldsuchasspaceflightandaviationbecauseofitslowelasticmoduleandlowstrength.Metalmatrixcompositescouldimprovethemechanicsproperties,suchastensilestrengthetc.Carbonfiberreinforcedmagnesium-matrix

7、compositeshavebeenstronglyconsideredthemostpotentiallightweightandhigh-strengthcomposites,whichmaycombinelowdensityandhighstrengthandotheroutstandingcapabilitiesinonekindofcomposites.Interfacecontrollingandinfiltrationprocesstotallydeterminethewholeprocessofpreparationsofcomposi

8、tes.TheliquidmagnesiumIV上海交通大学硕士学位论文doesn’twett