碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合層板的制備及性能研究.pdf

1、GLARE層合板（玻璃纖維/環(huán)氧樹脂增強(qiáng)鋁合金層板）已作為蒙皮材料應(yīng)用于大飛機(jī)上。然而，環(huán)氧樹脂粘接的層合板的層界面結(jié)合強(qiáng)度較低，層界面易發(fā)生剝離，此外，作為粘接劑的環(huán)氧樹脂高溫穩(wěn)定性和耐濕熱性能較差，通常其使用溫度不超過150℃。因此，尋求和開發(fā)一種性能更為優(yōu)良的新型層合板來(lái)替代GLARE層合板具有重要的理論和實(shí)際意義。本文利用熱壓法制備了單層碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合層板，初步探索了制備工藝，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究。
　　 本文選

2、用AZ31B鎂合金板作為基體材料，T-300碳纖維編織布作為增強(qiáng)材料，以低熔點(diǎn)Mg69.7Zn28.9Al1.4三元共晶合金粉體（熔點(diǎn)為339℃）作為基體與增強(qiáng)體的連接劑，采用鋪層熱壓并輔以振動(dòng)的方法制備出碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合層板。研究了復(fù)合層板熱壓制備過程中熱壓載荷、時(shí)間和輔助振動(dòng)三個(gè)變量對(duì)復(fù)合層板力學(xué)性能和層界面結(jié)合強(qiáng)度及界面微觀結(jié)構(gòu)的影響及作用機(jī)制。試驗(yàn)采用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同工藝制備的復(fù)合層板進(jìn)行層界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試（橫向拉伸）和復(fù)

3、合層板室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試（縱向拉伸）;利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)復(fù)合板層界面的微觀結(jié)構(gòu)以及復(fù)合層板層界面橫向拉伸斷口進(jìn)行分析;同時(shí)結(jié)合能譜儀(EDS)和X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行成分和物相分析。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)低熔點(diǎn)共晶合金連接劑的選擇和振動(dòng)熱壓可以制備出層界面結(jié)合強(qiáng)度高和室溫拉伸性能顯著增強(qiáng)的碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合層板;(2)復(fù)合層板層界面結(jié)合強(qiáng)度隨熱壓載荷的增加而顯著增強(qiáng)，隨熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)略有增強(qiáng)，而振動(dòng)的引入

4、可使層界面結(jié)合強(qiáng)度大幅提高，90MPa外載荷振動(dòng)熱壓120s制備復(fù)合層板的層界面結(jié)合強(qiáng)度最高，達(dá)到8.7MPa;(3)在不同載荷下(10MPa、30MPa、60MPa和90MPa)振動(dòng)熱壓120s制備的復(fù)合層板室溫縱向拉伸強(qiáng)度隨外載荷的增加而增加，在60MPa時(shí)達(dá)到最高值311.1MPa，繼續(xù)增加外載荷到90MPa時(shí)，拉伸強(qiáng)度又急劇下降，熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)可使復(fù)合層板的室溫縱向拉伸強(qiáng)度略有提高;(4)振動(dòng)熱壓制備的復(fù)合層板中，基體AZ31B

5、與MgZnAl共晶連接劑通過擴(kuò)散形成較強(qiáng)的冶金結(jié)合界面，其結(jié)合強(qiáng)度高于碳纖維與連接劑的結(jié)合強(qiáng)度;(5)碳纖維與連接劑的浸潤(rùn)性與外載荷緊密相關(guān)，層界面拉伸斷面觀察表明，只有在90MPa下二者才能有效潤(rùn)濕結(jié)合界面。
　　 上述結(jié)果表明，通過外加載荷的作用，為連接劑在碳纖維層的浸滲和流動(dòng)能提供足夠的動(dòng)力，克服碳纖維層中各種阻力的影響，可以實(shí)現(xiàn)連接劑對(duì)碳纖維的潤(rùn)濕，形成強(qiáng)結(jié)合界面。而碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合層板宏觀力學(xué)性能由層界面結(jié)合強(qiáng)度和碳