碳纖維/石墨增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料

碳纖維/石墨增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是一種用于工業(yè)生產(chǎn)、建筑的復(fù)合材料。

中文名稱(chēng)

碳纖維/石墨增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料

英文名稱(chēng)

carbon/graphite fiber reinforced Al- matrix composite

定　　義

以高性能碳或石墨纖維增強(qiáng)鋁或鋁合金為基體的復(fù)合材料。具有密度低、強(qiáng)度高、剛性好、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好及尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），復(fù)合材料（二級(jí)學(xué)科），金屬基復(fù)合材料（三級(jí)學(xué)科）

碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、良好的塑性和導(dǎo)熱性等特點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的功能材料和結(jié)構(gòu)材料，有望應(yīng)用于航天航空、軍事和汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域。本項(xiàng)目以碳纖維編制布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料為研究對(duì)象，研究碳纖維與基體結(jié)合過(guò)程中的界面反應(yīng)行為，以及凝固過(guò)程中鍍層工藝和外場(chǎng)對(duì)界面行為的影響，為碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法提供理論指導(dǎo)。本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)三年研究，取得如下結(jié)果： 1、提出一種半固態(tài)鑄軋法制備碳纖維布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工藝，利用壓力場(chǎng)促使鋁基體和碳纖維編織布的界面結(jié)合。借助模擬計(jì)算建立了溫度參數(shù)和塑性變形量間的關(guān)系，闡釋變形機(jī)制。通過(guò)調(diào)控外加壓力和金屬流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了鋁熔體對(duì)碳纖維布的完全滲進(jìn)。碳纖維編織布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板材能夠在彎曲變形中提供良好的強(qiáng)化效果。 2、得到基體和纖維的滲進(jìn)規(guī)律，闡釋電磁誘導(dǎo)的滲浸轉(zhuǎn)變機(jī)制。在液態(tài)復(fù)合過(guò)程中引入脈沖磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了金屬熔體對(duì)編織布的滲浸過(guò)程由逐層滲浸方式向梯度同步滲浸方式轉(zhuǎn)變。電磁場(chǎng)引入的磁致壓力促進(jìn)增加熔體滲浸深度。以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了電磁鑄造法制備碳纖維布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。 3、設(shè)計(jì)針對(duì)平紋碳纖維編織布的表面鍍層新工藝。在傳統(tǒng)化學(xué)鍍層的工藝基礎(chǔ)上，優(yōu)化了一種針對(duì)于平紋碳纖維編織布特點(diǎn)的表面化學(xué)鍍鎳方法，將鍍液的穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)至 120min以上，鍍層的含磷量降低至9wt.%。并通過(guò)開(kāi)發(fā)新的氧化劑體系，設(shè)計(jì)了膠態(tài)鈀鍍液化學(xué)鍍鎳工藝和碳纖維表面接枝短鏈羧酸銅的工藝。不僅簡(jiǎn)化了原有的鍍層工藝，大幅降低了成本，更提升了鍍層的均勻性與穩(wěn)定性。

碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是一種重要的復(fù)合材料，因具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、良好的塑性和導(dǎo)熱性，被認(rèn)為是理想的功能材料和結(jié)構(gòu)材料，可廣泛應(yīng)用于航天航空、軍事和汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域。碳纖維與鋁基體的界面結(jié)合問(wèn)題是碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備過(guò)程中最重要也是最難控制的環(huán)節(jié)。本項(xiàng)目以碳纖維布增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料為研究對(duì)象，研究碳纖維布與鋁基體凝固過(guò)程及塑性變形階段的界面行為。利用同步輻射原位成像、數(shù)值模擬、高分辨透射電鏡等手段表征凝固過(guò)程中碳纖維與鋁基體的界面反應(yīng)、界面形貌及反應(yīng)產(chǎn)物，研究電磁場(chǎng)、壓力場(chǎng)及表面處理對(duì)界面行為的影響機(jī)制，研究固態(tài)變形過(guò)程中界面結(jié)構(gòu)的協(xié)同變形機(jī)制。掌握碳纖維與鋁基體結(jié)合過(guò)程中界面的形成和演變規(guī)律，并深入闡釋界面形成的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，解決鋁熔體對(duì)碳纖維布的浸滲問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)控制碳纖維與鋁基體的結(jié)合反應(yīng)過(guò)程，為研究碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法提供理論指導(dǎo)。