碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料是以碳纖維作為增強(qiáng)相，金屬鋁或鋁合金為基體的復(fù)合材料。鋁基體起固結(jié)纖維和傳遞載荷以及部分承載的作用，碳纖維則作為增強(qiáng)相改善了金屬基體性能的不足。碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與金屬材料相比，具有輕質(zhì)，高的比強(qiáng)度和比模量、良好的尺寸穩(wěn)定性以及低膨脹系數(shù)、耐磨耐蝕等優(yōu)點；與陶瓷相比，具有高的韌性和耐沖擊性等優(yōu)點。近年來碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料以其輕質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)越性能廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子儀器以及民用器具等領(lǐng)域。因此對該

2、復(fù)合材料的研究有一定的實踐指導(dǎo)意義。
　　為了改善碳纖維與基體的潤濕性，本試驗對碳纖維進(jìn)行了表面改性處理，研究了碳纖維表面預(yù)處理方式對電鍍銅的影響，對鍍銅層進(jìn)行了 SEM表征和 XPS分析。采用真空熱壓燒結(jié)法制備了碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，探討了碳纖維表面改性方式和含量對復(fù)合材料力學(xué)材料性能及致密度的影響。
　　碳纖維表面改性表明：經(jīng)過濃硝酸浸泡處理的碳纖維表面會變的粗糙，軸向溝壑狀條紋明顯增多；經(jīng)XPS分析，碳纖維表面有很

3、多親水性含氧官能團(tuán)C—OH、C=O、COOH等，能夠有效改善碳纖維與鍍液的潤濕性，使得碳纖維均勻分散在鍍液中，保證了鍍銅的順利進(jìn)行。鍍層形成分三個階段：形核階段、迅速成長階段以及飽和階段。鍍層是由連續(xù)的銅顆粒堆積組成的，鍍層均勻、致密，無明顯的缺陷，鍍層與碳纖維仿形生成，形成一個緊密的鑲嵌體系，使得鍍層與碳纖維的結(jié)合更加牢固。鍍層中Cu主要以單質(zhì)的形式存在，鍍層表面部分Cu被大氣中氧氣氧化生成成 CuO。鍍層厚度隨電鍍電壓、電鍍溫度增大

4、以及電鍍時間的延長逐漸變厚。
　　復(fù)合材料微觀組織觀察表明：復(fù)合材料中碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時，碳纖維分布較為均勻，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大時出現(xiàn)碳纖維團(tuán)聚；鍍銅碳纖維與基體結(jié)合界面較未鍍銅處理碳纖維的界面結(jié)合緊密。復(fù)合材料力學(xué)性能測試表明：鍍銅碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料顯微硬度隨碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大，相反，未鍍銅碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料顯微硬度隨碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而降低。隨碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度也不斷增大，當(dāng)碳纖維質(zhì)量