Cf-Al-Si復(fù)合材料界面反應(yīng)與潤(rùn)濕性研究.pdf

1、為了探究基體Si元素對(duì)Cf/Al-Si復(fù)合材料界面反應(yīng)的影響規(guī)律，本文首先從熱力學(xué)角度出發(fā)，對(duì)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(jìn)行了理論計(jì)算，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出試驗(yàn)用Al-Si合金的成分為Al20Si。采用擠壓鑄造法制備得到Cf/Al20Si復(fù)合材料，并將Cf/Al20Si復(fù)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(yīng)，再利用金相顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡對(duì)回熔處理

2、后的復(fù)合材料界面組織進(jìn)行了觀察表征，并利用XRD對(duì)界面產(chǎn)物進(jìn)行了定性定量分析，以上結(jié)果均與Cf/Alpure復(fù)合材料進(jìn)行對(duì)比分析。
　　理論計(jì)算結(jié)果表明：隨著Si元素的增加，Al4C3反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力下降，形核阻力增大，SiC反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力增大，形核阻力減小，即Si元素的增加能改變Cf/Al復(fù)合材料的界面反應(yīng)類型，使界面產(chǎn)物從Al4C3向SiC轉(zhuǎn)變。試驗(yàn)結(jié)果表明：Cf/Al20Si復(fù)合材料與Cf/Al復(fù)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(shí)，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(yīng)產(chǎn)物從Al4C3轉(zhuǎn)化為SiC，試驗(yàn)結(jié)果與熱力學(xué)理論計(jì)算結(jié)果一致。
　　此外，本文還分別測(cè)量了Cf/Alpure復(fù)合材料和Cf/Al20Si復(fù)合材料的纖維橫向彎曲強(qiáng)度，以此表征纖維與基體的結(jié)合強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，Cf/Alpure復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度僅為53.89MPa，Cf/Al20Si

4、復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)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(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。
　　本文還對(duì)Cf/Al與Cf/Al20Si界面反應(yīng)潤(rùn)濕過程進(jìn)行了研究。首先利用修正后的經(jīng)典楊氏方程對(duì)Cf/Al與Cf/Al20Si的反應(yīng)潤(rùn)濕性進(jìn)行了預(yù)測(cè)，再運(yùn)用座滴法對(duì)1023～1423K溫度區(qū)間內(nèi)Cf/Al與Cf/Al20Si潤(rùn)濕角進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)結(jié)果一致：碳纖維與純Al、Al20Si合金液在1023