碳纤维增强铝基复合材料.ppt

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小小的便签,不一样的感觉,碳纤维增强铝基复合材料,材料124胡建平,目录,Cf/Al应用背景介绍,铝为面心立方结构，具有良好的塑性和韧性，加之铝具有良好的易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点，为其在工程应用创造了有利条件，它是金属基复合材料中应用最广的一种。

在制造铝基复合材料时通常不使用纯铝，而是各种铝合金。

这主要是由于与纯铝相比，铝合金具有更好的综合性能，至于选择何种铝合金作为基体则往往根据实际对复合材料的性能要求而定。

碳纤维增强铝基复合材料，因其具有高比强度和比刚度，低热膨胀、良好的尺寸稳定性等优异的性能，备受航空航天部门的关注。

在汽车工业中，用铝和铝合金基复合材料代替钢铁的前景被人们普遍看好可望起到节约能源的作用。

铝合金在航空航天中的应用,碳纤维增强铝基复合材料（Cf/Al）复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。

各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。

金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。

非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。

增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

碳纤维增强铝基复合材料（Cf/Al），基体为铝合金，主要包括201铝合金、6061铝合金、5056铝合金；增强纤维为碳纤维，包括碳纤维T50、碳纤维T300、沥青碳纤维、碳纤维HT和碳纤维HM。

Cf/Al复合材料常规力学性能,铝合金、碳纤维抗拉强度、弹性模量对比,铝合金、基铝基复合材料的高温性能,Cf/Al复合材料结构及性能特点,金属基复合材料制备是在高温下进行的，基体与增强体的界面反应（溶解、扩散元素偏析等）在所难免。

界面对于复合材料的性能影响十分重要，因为界面对于残余应力分布、断裂过程有重要影响。

界面反应:

1）促进增强体与界面的浸润2）产生界面反应物脆性相3）造成增强体损伤和基体成分的改变,界面特性对材料性能的影响,1）第一类有利于基体与增强体浸润、复合形成最佳界面结合。

2）第二类有界面反应，增强体虽有损伤但性能不下降。

3）第三类严重界面反应，造成增强体严重损伤和基体成分改变。

界面优化及控制界面反应,1）增强表面改性2）基体合金化3）优化制备工艺参数,Cf/Al复合材料制备方法,碳纤维增强铝基复合材料制备方法有三种：

1）粉末冶金法2）扩散粘结法3）挤压铸造法,1）粉末冶金法粉末冶金法是最早用来制造金属基复合材料的方法。

工艺流程是现将混合粉末冷压成型，再经过烧结完成复合。

特点：

设备要求相对较低，便于大批量生产，但是制品的致密度较低，孔隙率较高，性能较低。

2）扩散粘结法在扩散结合法中，通过纤维前处理，首先制作中间原料，然后将这些中间原料重叠起来，在真空中加热，可得纤维增强金属。

该方法利用了金属的塑性变形和自身扩散作用，可得质量较好的碳纤维增强铝合金复合材料。

3）挤压铸造法将液态金属在一定压力下浸渗到增强体预制件空隙中，并在压力下凝固获得复合材料的方法。

工艺过程如图所示，先把预制件加热到适当温度，然后将其放到预热的铸型中，浇入液态金属并加压，使液态金属浸渗到增强体预制件空隙中，保压直到凝固完毕，从铸型中取出即可获得复合材料零部件。

挤压铸造法优点,可以制造复杂的复合材料零部件；在压力下复合，增强体与金属基体结合牢固，力学性能较高；增强材料及预制件不需进行表面预处理，便于工业化生产。

Cf/Al复合材料发展趋势分析,1）尽管目前粉末冶金法已经不再用于制造长纤维增强复合材料，但是粉末冶金法在颗粒或晶须增强复合材料上依然具有很大的发展潜力。

通过改进技术，提高制品的致密度，降低孔隙率，可以极大地提高产品质量。

2）可以预料，在现代工业的高速发展和技术水平的高要求下，Cf/Al复合材料必将以其独特优势在工业领域（尤其是航空航天领域）占据重要位置。

但同时也要看到，Cf/Al复合材料在未来的时间里要去的更进一步的发展，列入规模化生产的行列，还需要进行更多的探索和实践。

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