碳纖維增強鎂基復合材料的制備研究.pdf

1、鎂合金具有低的密度，高比強度和比模量，良好的阻尼減振性能、電磁屏蔽性和環(huán)境相容性等性能，但是模量和強度的絕對值比較低。碳纖維具有低密度、高強度、高模量、低熱膨脹、耐輻射等優(yōu)良特性。以這兩種材料復合制備的碳纖維增強鎂基復合材料（C/Mg復合材料），將具有密度低、比強度、比模量高、熱膨脹系數(shù)可以接近于零、在較大溫度范圍內(nèi)具有很好的尺寸穩(wěn)定性等特性，在航空、航天、國防等領域?qū)⒕哂袠O其廣闊的應用前景。復合材料制備中，界面控制和材料成型是兩個關鍵

2、，但碳纖維與鎂合金基體的不潤濕以及之間的界面反應限制了材料性能的穩(wěn)定和提高，制備出的復合材料在力學性能上遠遠低于其期望值。而且鎂易燃燒、易氧化，導致鎂基復合材料的制備工藝困難。 本文通過分析液相浸滲過程得出C/Mg復合材料的制備關鍵，采用在碳纖維表面制備功能涂層，解決了碳纖維和鎂基體的潤濕性問題，控制界面反應和界面微觀結構；采用纖維與顆?；祀s預制型改善纖維在基體中的分布；采用液相浸滲法，在較低壓力下制備獲得了界面結合和性能良好的

3、復合材料。 通過分析液相浸滲法制備復合材料時金屬熔體對增強體的浸滲過程可知，對于非潤濕體系，只有克服臨界浸滲壓力，才能實現(xiàn)纖維的浸滲。臨界浸滲壓力與金屬液體的表面張力、纖維體積分數(shù)和分布等有關。以此為根據(jù)提出解決碳纖維增強鎂基復合材料制備中浸滲問題的方法，即建立適當?shù)睦w維表面涂層和采用纖維與顆?；祀s預制型。 碳纖維表面SiO2涂層能有效改善碳纖維和鎂基體的潤濕性。實驗采用溶膠—凝膠法制備涂層，研究了水硅比、醇硅比、催化劑

4、、化學添加劑對正硅酸乙酯溶膠—凝膠過程和碳纖維表面涂層的影響，并討論了提拉速度、燒結工藝等工藝參數(shù)對涂層的影響。利用SEM、Fourier紅外光譜法、XRD等手段對溶膠和涂層進行了測定和分析。通過選用適當工藝，最終獲得連續(xù)、均勻的碳纖維表面SiO2涂層，選用空心微珠作為在碳纖維的混雜顆粒?？招奈⒅榫哂刑烊磺蝮w外形，在起到均勻分散纖維、抵抗束間橫向浸滲壓力對纖維擠壓的同時，避免切割損傷纖維。由于束內(nèi)縱向充填通道的存在，降低了鎂熔體滲入碳纖