研究生開題報(bào)告張育銘

1、碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及其性碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及其性能研究能研究匯 報(bào) 人： 張育銘專 業(yè)： 材料學(xué)指導(dǎo)老師： 季根順教授匯報(bào)時(shí)間： 2014-12-17蘭州理工大學(xué)碩士研究生開題報(bào)告匯報(bào)提綱匯報(bào)提綱一、選題背景二、研究現(xiàn)狀三、研究意義四、研究?jī)?nèi)容及方法五、研究技術(shù)路線六、工作積累以及現(xiàn)有工作成績(jī)選題背景選題背景碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料合材料碳纖維增強(qiáng)陶瓷基碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料復(fù)合材料高硬度、高耐蝕性高硬度、高耐蝕性密度小、成形性、電磁性能好密度小、成形性、電磁性能好耐腐蝕、耐高溫耐腐蝕、耐高溫導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好

2、，高韌性導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好，高韌性尺寸穩(wěn)定性好、絕緣性好尺寸穩(wěn)定性好、絕緣性好導(dǎo)電、導(dǎo)熱好，耐磨、耐沖擊導(dǎo)電、導(dǎo)熱好，耐磨、耐沖擊增韌增強(qiáng)提高耐磨性增強(qiáng)、增韌提高耐磨、耐沖擊、耐腐蝕性，減小密度、熱膨脹系數(shù)。碳纖維：碳纖維：碳纖維作為一種高性能纖維, 具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、耐高溫、抗蠕變、抗化學(xué)腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好和熱膨脹系數(shù)、密度小等一系列優(yōu)異性能。金屬基復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料是一種以金屬為基體，各種纖維或顆粒作為增強(qiáng)相的既具有金屬特性，又具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐熱、耐磨等綜合性能良好的復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料：碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料：碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料

3、是以碳纖維為增強(qiáng)相,金屬鋁為基體的復(fù)合材料 鋁基體起固結(jié)纖維和傳遞載荷的作用,碳纖維則作為增強(qiáng)劑改善了鋁基體性能的不足碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與金屬材料相比,具有高的比強(qiáng)度和比模量;與陶瓷相比,具有高的韌性和耐沖擊性能。選題背景選題背景選題背景選題背景目前，大多學(xué)者對(duì)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及其性能的研究較多，產(chǎn)生了較為成熟的制備工藝，但在實(shí)際應(yīng)用中還是有很多的不足。這些不足為以下幾個(gè)方面：（a）碳纖維預(yù)制體涂層不夠致密（b）碳纖維與基體界面相容性差（c）制備周期長(zhǎng)、成本高、工藝復(fù)雜（d）大批量生產(chǎn)存在困難。為此開展用新型制備法制備碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究是很有理論指導(dǎo)意義的。碳纖維增

4、強(qiáng)機(jī)制（外載荷和碳纖維取向、碳纖維含量、分布等）主要研究熱點(diǎn)總結(jié)復(fù)合材料制備方法（攪拌鑄造法、加壓鑄造法、真空壓力浸滲法、粉末冶金法）CF/Al界面結(jié)合狀態(tài)（結(jié)合面界面相的種類、分布、含量等）研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀東北大學(xué)教授通過化學(xué)鍍電化學(xué)鍍復(fù)合鍍的方式在碳纖維表面涂鍍了一層銅鍍層作為預(yù)制體，用攪拌鑄造法制得了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料?；瘜W(xué)鍍彌補(bǔ)了電化學(xué)鍍鍍層不均勻問題，而電鍍則彌補(bǔ)了化學(xué)鍍鍍層結(jié)合不緊密的問題。結(jié)果表明：通過復(fù)合鍍處理的碳纖維與基體結(jié)合緊密，纖維無損傷；力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大先上升后下降的趨勢(shì)，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)

5、為6時(shí)，綜合性能達(dá)到最佳。但是，微觀觀察發(fā)現(xiàn)在結(jié)合面晶界附近出現(xiàn)游離銅聚集，影響了復(fù)合材料性能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授采用擠壓浸滲法制備了短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，研究了浸滲壓力、鋁液澆注溫度、纖維預(yù)熱溫度等對(duì)復(fù)合材料組織的影響。結(jié)果表明：最佳的工藝參數(shù)為鋁液澆注溫度為740800，預(yù)制塊預(yù)熱溫度為350400，浸滲壓力為25MPa；在氬氣保護(hù)下，無須對(duì)碳纖維表面進(jìn)行涂層處理，可獲得組織均勻的鋁基復(fù)合材料。加入Al2O3顆粒可以改善纖維分布的均勻性。國(guó)外研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀美國(guó)學(xué)者S. Ciby等就短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備過程中的組織轉(zhuǎn)變進(jìn)行了顯微組織觀察，結(jié)果表明：未涂層的碳纖維在與基體

6、結(jié)合時(shí)反應(yīng)強(qiáng)烈，生成大量金屬間化合物Al4C3，大大減弱了二者的結(jié)合，而在表面涂了鎳和銅層的碳纖維在與基體結(jié)合時(shí)有效的隔離了次生產(chǎn)物Al4C3，大大提高了二者的相容性。日本學(xué)者G.Leonhardt等通過對(duì)碳纖維表面涂覆一層熱解碳和SiC涂層來改善碳纖維與基體的浸潤(rùn)性。首先將碳纖維表面進(jìn)行了活化處理，具體是：丙酮去膠790K空氣中加熱，再在1070K-1270K氮?dú)鈿夥罩屑訜岣稍飩溆?，隨后用CVD法沉積SiC作為碳纖維的預(yù)處理。用等離子噴涂法制備了碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，并進(jìn)行了SEM、 EPMA、XRD、TEM微觀組織及界面分析。研究表明：在碳纖維表面涂覆一層熱解碳和很薄的SiC涂層大大的

7、改善了碳纖維與鋁基金屬的浸潤(rùn)性，并且SiC涂層的穩(wěn)定性較好，能夠改善基體和碳纖維的結(jié)合梯度。研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀突出問題界面結(jié)合界面結(jié)合CF端頭和基體結(jié)合處出端頭和基體結(jié)合處出現(xiàn)空隙現(xiàn)空隙Al4C3 高性能碳纖維作為增強(qiáng)相，能夠使本身和鋁基復(fù)合材料的綜合性能得到進(jìn)一步的釋放。 SiC涂層與基體之間有著良好的梯度過渡，與基體結(jié)合緊密，從而能夠減弱界面反應(yīng)。n 理論意義n 實(shí)踐意義 改善現(xiàn)有碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)和一定的技術(shù)支持。研究意義研究意義 1、碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備； 2、顯微組織觀察、分析； 3、碳纖維偏析問題的分析； 4、碳纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料力學(xué)

8、性能的影響。研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 1、現(xiàn)有工藝在碳纖維表面沉積一層均勻、致密、覆蓋性良好的SiC涂層作為碳纖維預(yù)處理件； 2、粉末冶金法制備碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料； 3、做不同體積分?jǐn)?shù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能測(cè)試； 4、用SEM、TEM等顯微組織觀察手段對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行微觀組織觀察、分析。研究方法研究方法研究技術(shù)路線研究技術(shù)路線技術(shù)路線示意圖碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及性能研究碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及性能研究碳纖維表面處理碳纖維表面處理制備裝置的設(shè)計(jì)制備裝置的設(shè)計(jì)鋁合金配料鋁合金配料CFCF表面涂覆表面涂覆SiCSiC碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的制備，工藝參數(shù)的優(yōu)碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的制備，工藝參數(shù)的優(yōu)化化顯微組織觀察、分析顯微組織觀察、分析拉伸性能測(cè)試?yán)煨阅軠y(cè)試沖擊性能測(cè)試沖擊性能測(cè)試結(jié)論結(jié)論工作積累以及現(xiàn)有工作成績(jī)工作積累以及現(xiàn)有工作成績(jī)碳纖維表面處理aba.未涂覆SiCb.涂覆了SiC未涂覆SiC的碳纖維表面粗糙，有很