Cf-Al-Si復合材料界面反應與潤濕性研究.pdf

1、為了探究基體Si元素對Cf/Al-Si復合材料界面反應的影響規(guī)律，本文首先從熱力學角度出發(fā)，對不同Si元素下界面產(chǎn)物Al4C3和SiC的Gibbs生成自由能和臨界形核尺寸進行了理論計算，并以此為基礎設計出試驗用Al-Si合金的成分為Al20Si。采用擠壓鑄造法制備得到Cf/Al20Si復合材料，并將Cf/Al20Si復合材料在750℃下保溫1、2、3h，以使碳纖維與Al-Si基體間充分反應，再利用金相顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡對回熔處理

2、后的復合材料界面組織進行了觀察表征，并利用XRD對界面產(chǎn)物進行了定性定量分析，以上結果均與Cf/Alpure復合材料進行對比分析。
　　理論計算結果表明：隨著Si元素的增加，Al4C3反應驅(qū)動力下降，形核阻力增大，SiC反應驅(qū)動力增大，形核阻力減小，即Si元素的增加能改變Cf/Al復合材料的界面反應類型，使界面產(chǎn)物從Al4C3向SiC轉(zhuǎn)變。試驗結果表明：Cf/Al20Si復合材料與Cf/Al復合材料相比，界面產(chǎn)物Al4C3含量從1

3、7％減少到10%，轉(zhuǎn)而生成了10%的SiC，同時，Al4C3相尺寸減小，數(shù)量變少。因此，基體合金中Si的加入將抑制有害界面產(chǎn)物Al4C3的產(chǎn)生，使界面反應產(chǎn)物從Al4C3轉(zhuǎn)化為SiC，試驗結果與熱力學理論計算結果一致。
　　此外，本文還分別測量了Cf/Alpure復合材料和Cf/Al20Si復合材料的纖維橫向彎曲強度，以此表征纖維與基體的結合強度。試驗表明，Cf/Alpure復合材料結合強度僅為53.89MPa，Cf/Al20Si

4、復合材料的結合強度僅為71.21MPa。因此,基體 Al合金中Si元素的加入能增加Cf/Al復合材料的界面結合強度。
　　本文還對Cf/Al與Cf/Al20Si界面反應潤濕過程進行了研究。首先利用修正后的經(jīng)典楊氏方程對Cf/Al與Cf/Al20Si的反應潤濕性進行了預測，再運用座滴法對1023～1423K溫度區(qū)間內(nèi)Cf/Al與Cf/Al20Si潤濕角進行測量，試驗結果與理論預測結果一致：碳纖維與純Al、Al20Si合金液在1023