连续CfAl复合材料真空低压浸渗工艺及其界面结构研究.docx

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1、连续C_f/Al复合材料真空低压浸渗工艺及其界面结构研究连续碳纤维增强铝基复合材料具有轻质、高比模量、比强度及良好的高温强度等综合优点，在航空航天、先进武器装备中的应用日益提高，并已发展成为现代国防尖端技术领域最具战略性的结构材料之一。从目前连续Cf/Al复合材料制备工艺来看，主要有挤压成形和液态浸渗成形工艺两大类，但普遍存在成形压力大、难以实现复杂构件近净成形等缺点。因此，深入开展连续碳纤维增强铝基复合材料复杂构件的近净成形技术是决定其走向大规模工程应用所亟待解决的关键技术难题。本文采用真空低压浸渗法成功制备出浸渗效果良好的Ni涂层连续碳纤维增强铝基复合材料，研究了真空低压浸渗主要工艺参

2、数对复合材料致密度的影响规律，揭示了浸渗缺陷形成的主要工艺因素及其内在机制，探寻了提高浸渗完整性、材料致密性的工艺参数及其相互匹配关系。在此基础上，综合采用XRD、TEM、SEM及EDS等多种分析手段对复合材料的界面结构、组织形貌、不同元素分布规律进行了研究，着重讨论了低压浸渗条件下工艺参数对碳纤维表面Ni涂层扩散及界面生成物的影响。研究结果表明：连续碳纤维增强铝基复合材料真空低压浸渗法制备工艺简单、平稳、工艺参数易控、可调。影响连续Cf/Al复合材料真空低压浸渗成形的基本工艺条件为：纤维涂层及保护气氛、真空度、纤维预制体预热温度、浸渗压力，其中真空度、纤维预制体预热温度和浸渗压力是真空低

3、压浸渗的关键因素。在真空度10KPa，纤维预制体预热温度600℃，熔体浸渗温度720℃，浸渗压力400KPa，保压时间10min条件下，连续碳纤维增强铝基复合材料致密度达到了97.5%。在满足浸渗的要求下，通过适当降低纤维预制体的预热温度、铝合金液的浸渗温度以及充填速度，提高浸渗压力，可以进一步消除复合材料中存在的孔洞、显微缩孔等组织缺陷，获得少或近无缺陷的复合材料。复合材料界面结构分析表明：复合材料的界面结合良好，平整，只存在少量板条状Al4C3脆性相；纤维预热温度的提高加剧了Ni涂层的损伤，浸渗温度的升高增加了Ni涂层向基体中的扩散量；Al4C3相的生成主要受浸渗温度的影响，其含量随浸

4、渗温度的升高而增加；而Al3Ni的生成则更大程度上受纤维预热温度的影响，其含量随纤维预热温度的升高呈递增趋势；此外，浸渗过程中的保压时间是Al3Ni、Al4C3相生成的另一个主要因素，并且随保压时间的增加其含量迅速递增。本论文的研究结果将为真空低压浸渗制备连续碳纤维增强铝基复合材料复杂构件的近净成形技术奠定理论基础。