Cf∕Mg复合材料异形纤维预成形体制备方法

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1、A。怕NcE。coMP。s吒sTEcH愀。GY先进复合材料技术Cf／Mg复合材料异形纤维预成形体制备方法木PreparationMethodsofShapedPreformsforCf／MgComposites西北工业大学机电学院房鑫齐乐华周计明卫新亮关俊涛张丽丹【摘要】针对Cf，qVlg复合材料异形纤维预成形体制备成本高、难度大等问题，提出了纤维0／900等比例铺放、OO／900不等比例铺放、纤维缠绕定型、纤维编织加固等4种不同的预成形体制备方法。结果表明：内层采用碳纤维柬环向缠绕可对预成形体进行有效增强，保证织物排列紧密，

2、避免剪切造成的织物蓬松等问题，体积分数可提高至40％左右；表层采用编织工艺整体加固可以有效抵抗液态金属冲刷，尺寸稳定性良好，较未使用编织加固前提高了65％。关键词：C，／Mg复合材料异形纤维预成形体制备【ABSTRACT】Inordertosolvehighcost，difficul-tyinfabricatingCf／Mgcompositesshapedpreforms，fourfabricatingprocessesnamed‘‘00／90。equalproportionfiberplacement”，‘‘00／90。un

3、equalproportionfiberplacement”，’’filamentwindingstereotype’’and‘‘weavingreinforcement”areproposed．Theexperimentalresultsshowthattheper-formanceofpreformsfabricatedbyinnerlayerfilamentwindingissignificantlyimproved．Fibersarecloselyar·ranged，textileflufrycausedbycutti

4、ngisavoided，thus，thevolumefractioncanbeincreasedtoabout40％．Preformsfabricatedbysurfacelayerweavingreinforcementcanre—sisttheerosionofliquidmetaleffectively．Comparedwithpreformsunusedweavingreinforcement，dimensionstabil—ityisimprovedby65％．Keywords：Cf／MgcompositesShap

5、edPer—formsPreparationDOI：10．16080巧．issnl671—833x．2015．19．095碳纤维增强镁基复合材料(Cf／Mg)具有高比强度、比模量、低热膨胀系数以及良好的阻尼性能，已在航空航天和汽车工业中得到应用[I-31，主要用于制造大型的、质量轻的构件，如光学系统反射镜14l、卫星和雷达天线、波导管瞪】、航天站的安装板陋1等。随着Cf／Mg复合材料应用范围的扩展，成本问题成为制造业日益关注的焦点。在复合材料成本构成中制造成本约占60％～70％，+国家自然科学基金(51275417，51221

6、001)和国家高技术研究发展计划(863计划)(2013AA8011004B)资助项目。其中纤维预成形体占制造成本的25％【7I左右，高的预成形体制造成本已成为限制Cf／Mg复合材料构件广泛应用的瓶颈。碳纤维预成形体的现有制备技术主要包括纤维铺放、缠绕、缝合、编织[810AlliantTeehsystems公司采用纤维铺放工艺成功制备出风扇机匣和Atlas5型运载火箭的预成形体【9】。美国宇航局和空军材料研究室采用纤维缠绕工艺成功研制出北极星A3导弹发动机壳预成形体”01。道格拉斯公司采用缝合工艺制备的预成形体已在机翼和机身蒙

7、皮上得到应用

8、1rioBoeing公司采用三维编织工艺研制了“J”形机骨架预成形体[1210然而，以上工艺需要昂贵的配套设施支持，存在工艺投资大、成本附加值高的问题，不适于制备异形纤维预成形体。本文结合现有制备技术提出了复合式制备工艺，采用已开发的成形装置制备了4种纤维预成形体，通过研究纤维预成形体的成形性及其影响因素，为Cf／Mg复合材料异形纤维预成形体制备提供理论基础。1纤维预成形体制备方法1．1试样结构及原材料Cf／Mg复合材料异形预成形体包括锥筒段和直筒段2部分，其中锥筒段上部带有内凸缘，直筒段下部带有外凸缘，如图1所

9、示，试样尺寸如下：试样总高160mm，直筒段高80mm，外径90mm，锥筒段锥度为18。，试样壁厚2mm，内外凸缘宽度为6ram．图1异形预成形体剖视图Fig．1Cutawayviewofshapedpreform2015年第19期·航空制造技术95图6试样尺寸稳定性测试结果