碳纤维增强铝基复合材料

碳纤维加固铝基复合材料
碳纤维增强铝基复合材料是一种高性能复合材料，具有很高的强度和刚度，同时具有轻质、耐腐蚀、耐疲劳等优点，因此在航空航天、汽车制造、船舶等领域得到广泛应用。

碳纤维加固铝基复合材料的制备方法
制备碳纤维增强铝基复合材料的方法通常包括以下几个步骤：
1.预处理
在制备碳纤维增强铝基复合材料之前，首先需要对碳纤维和铝基材料进行表面处理，以增强它们的粘合性和兼容性。

2.浸渍
将铝基材料浸入含有粘结剂的溶液中，使其表面均匀涂覆一层粘结剂。

3.层叠
将处理后的碳纤维与浸渍过的铝基材料依次层叠在一起，形成复合材料的预制坯料。

4.热压
将预制坯料放入加热压机中，在一定的温度和压力条件下，对复合材料进行热压，使其形成最终的碳纤维增强铝基复合材料。

碳纤维加固铝基复合材料的性能
碳纤维增强铝基复合材料具有很高的比强度和比模量，具有优异的力学性能。

另外，这种复合材料还具有优秀的耐疲劳性能和耐腐蚀性能，在复杂的工作环境下也能保持稳定的性能。

碳纤维加固铝基复合材料的应用
碳纤维增强铝基复合材料广泛应用于航空航天领域，如飞机结构件、导弹壳体等；在汽车制造领域，用作车身结构件、制动系统等部件；同时在船舶制造领域也有着重要应用，如船体结构、推进系统等。

综上所述，碳纤维增强铝基复合材料具有很高的研究和应用价值，随着技术的不断进步，相信碳纤维加固铝基复合材料将在更多领域展现其优异性能，并得到更广泛的应用。

短碳纤维增强铝基复合材料的制备及其性能研究一、内容描述短碳纤维增强铝基复合材料（Short Carbon Fiber Reforced Aluminum Matrix Composite, SCFRA）作为一种先进的复合材料，凭借其轻质、高强、高刚度、良好的耐腐蚀性等优异性能，成为了现代材料科学领域的研究热点。

本文将围绕SCFRA的制备及其性能展开深入探讨。

在制备方面，本文首先介绍了短碳纤维（Short Carbon Fiber, SCF）的基本特性和常用的制备方法。

SCF具有高强度、低密度、良好的热导性和电导性等特性，因此在众多工业领域如航空航天、汽车制造、建筑工程等得到了广泛应用。

文章详细阐述了铝基复合材料（Aluminum Matrix Composite, AMC）的组成、分类及制备工艺。

铝基复合材料以铝合金为基体，通过填充其他材料如陶瓷颗粒、碳纤维、塑料等，可以显著提高其力学性能、耐磨性、耐高温性等。

结合SCF和AMC的特点，本文提出了一种新型的短碳纤维增强铝基复合材料，旨在充分发挥两者优势，实现高性能化。

通过优化SCF 与AMC的配比、制备工艺和微观结构调控，有望获得具有更高比强度、更高比刚度、良好耐磨性和耐腐蚀性的复合材料。

在性能研究方面，本文首先分析了SCFRA的基本力学性能，如拉伸强度、弯曲强度、压缩强度等。

实验结果表明，SCFRA的力学性能明显优于相同成分的铝合金，显示出短碳纤维对铝基体的增强作用。

本文还探讨了SCFRA的热稳定性、耐磨损性、耐蚀性等性能，并与铝合金和碳纤维增强铝基复合材料进行了对比分析。

研究结果显示，SCFRA在高温下仍能保持较高的力学性能和热稳定性，同时具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。

针对SCFRA在实际应用中可能遇到的问题，如界面结合强度低、复合材料易氧化等，本文也提出了相应的解决方案。

通过优化表面处理工艺、控制SCF与AMC的界面相容性等手段，可以提高SCFRA的整体性能。

碳纤维布加固铝合金结构现状如果把增强纤维材料与基体材料经过一些成型工艺而形成的复合材料叫做纖维增强复合材料（简称FRP），这些成型工艺主要有缠绕、模压或拉挤。

作为一种新型材料，具有高强、质轻、高弹模、耐腐蚀等优点。

FRP拥有的材料性能非常好，施工过程十分简单，使得FRP材料能满足现代结构的持续发展，所以它使用得越来越广泛，特别是在建筑，桥梁，隧道当中。

到目前为止，国内外进行了碳纤维布加固混凝土大量的理论研究分析和相关的实验研究，研究的成果已经相当成熟，我国已经出版了《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（*****-2003）。

铝合金广泛地应用于工业中当中。

铝合金密度较低，强度比较高，与钢材相比，有的铝合金已经超越了优质钢，除此之外，铝合金的塑性性能也十分良好，因此可以根据需求，很容易的加工成其它种类的类型的型材。

虽然铝合金价格约为钢筋价格的9倍，但铝合金的密度只有钢筋的1/3，其实质成本大约为其3倍左右，加上其他方面的费用，铝合金结构还是有值得开发的价值。

一些铝合金可以进行热处理，细化晶粒，从而提高它的强度和耐腐蚀程度。

如果将铝合金放置在空气当中，它会跟空气当中的氧发生氧化反应，形成Al2O3，然而Al2O3是一种耐氧化的氧化物，从而阻止了内部铝被氧化，所以铝合金拥有防氧化性。

如果将铝通过其它特殊的氧化方法处理，在铝合金表面将形成一层坚硬的更厚的氧化膜，从而进一步提高铝的抗腐蚀性能。

经过这样处理的铝合金，其使用寿命可达60年以上。

铝合金材料应用于建筑空间结构已有四十多年的历史，在美国仅TEMCOR体系（铝合金穹顶圆盘盖板节点）就有6000余项工程。

在生活中铝合金结构越来越普遍，我国自上世纪80年代以来，铝合金材料广泛应用在建筑玻璃幕墙当中；近年来，在大型屋面系统领域，铝合金型材也已经开始代替钢结构和混凝土结构应用在主体结构构件当中。

我国对于铝合金材料的研究较晚，已经远落后于工程应用。

我国首座铝合金结构桥梁--杭州市庆春路中河人行天桥，于2021年7月建成，由外资公司承建，所有铝合金型材均从国外进口，主材为6082-T6铝合金，其主跨长度为39m，其余辅桥跨度从1525m不等。

连续碳纤维增强铝基复合材料的界面结构作者：邙晓斌来源：《中国科技纵横》2015年第13期【摘要】碳纤维增强铝基（Cf /Al）复合材料的界面结构一直是影响复合材料性能的关键因素，也是研究的重点。

本文采用挤压铸造法制备了连续碳纤维增强铝基复合材料，并着重研究了合金基体对复合材料界面的影响。

基体材料为Al-Cu合金，增强纤维为T-300连续碳纤维。

研究表明挤压铸造后铝合金均匀、致密地填充在增强纤维之间，试验结果中最显著的发现是铝合金固化后的微观结构受到碳纤维的影响，Al2Cu相以碳纤维表面作为形核位置优先在增强纤维和合金基体的界面形成，而基体内部共晶相的形成受到抑制。

镀Ni碳纤维增强的Al基复合材料中也发现了相同的情况。

【关键词】连续碳纤维挤压铸造铝合金复合材料界面结构连续纤维增强铝基复合材料（Cf /Al）具有高比强度、高比模量、低热膨胀系数等优越特性，受到军用、民用及一般工业领域的广泛关注[1，2]。

同时，这些优越的特性使得Cf /Al可以作为潜在的结构材料和功能材料，进一步扩大其在汽车和航空、航天等高端领域应用[3，4]。

目前碳纤维增强金属基复合材料的制备方法主要有热压渗透，挤压铸造，金属溅射等工艺[5，6，7]。

然而，Cf /Al复合材料的发展一直受到碳纤维表面润湿性差、易于同某些铝合金发生反应等因素的限制[8]。

在制备或使用过程中如果碳纤维不能完全被金属基体浸润或碳纤维同金属基体间产生过度的化学反应等均会降低复合材料的力学性能。

液态方法制备Cf /Al复合材料的过程中，碳纤维-铝基体界面的反应是影响Cf /Al强度的关键因素[9]，也是很多研究关注的重点[10]，因为界面是影响载荷在基体和纤维之间传递的关键因素，尤其是Al4C3脆性相的形成会直接影响碳纤维的强度。

但是，与其他成型方法相比，液态成型法有其特有的优势，如生产率高，成本低，可以生产复杂结构产品等。

尽管关于Cf /Al复合材料的报道很多，但多数集中在短纤维作为增强相的研究[11]，即使连续碳纤维增强铝基复合材料的研究也主要关注材料的制备，力学性能，断裂行为等[12，13]，却很少有研究关注合金基体对复合材料性能的影响。

摘要C f/Al复合材料密度低，比强度和比刚度高，是制作空间飞行器的主要备选材料。

高温环境和热循环环境是这些飞行器在使用过程中将要面临的主要工作环境。

尽管C f/Al复合材料在室温下具有优异的力学性能，但在高温下金属基体的软化温度较低会导致复合材料的过早失效。

因此，为了提高飞行器的使用可靠性，提高C f/Al复合材料的高温强度是需要解决的关键问题。

此外，由于碳纤维和铝基体之间存在较大的热膨胀系数不匹配，在热循环过程中复合材料的界面不可避免的会出现损伤，因此热循环后C f/Al复合材料力学性能的保有率和尺寸的稳定与否也是其在使用前需要考察的重要指标。

本文通过压力浸渗法制备了基体合金成分不同的3种C f/Al复合材料。

微观组织观察表明，C f/pure Al复合材料和C f/Al-Mg复合材料的主要界面相分别是Al4C3和Al58Mg42。

在C f/Al-Fe-Mg-Si复合材料中发现了一种新型富Fe的多元析出相，通过TEM衍射斑点标定和XRD确定了这种新相的晶体结构为体心立方结构，晶格常数为1.39 nm。

通过Chou模型将Miedema二元热力学模型推广到四元，并对Al-Fe-Mg-Si四元合金中可能析出的几种第二相的反应Gibbs 自由能进行了计算，表明C f/Al-Fe-Mg-Si复合材料中富Fe多元相的形成满足热力学条件。

研究了微观组织结构对C f/Al复合材料室温及高温力学性能的影响。

结果表明，随着基体合金中Mg元素含量的增加，复合材料界面生成的Al4C3数量减少，尺寸减小，复合材料的室温抗弯强度升高。

然而，由于AlMg二元相高温稳定性差，导致C f/Al-Mg复合材料300℃时的抗弯强度仅为室温时的70%左右。

富Fe多元相对位错运动有较强的阻碍作用，并具有良好的高温结构稳定性，因此C f/Al-Fe-Mg-Si复合材料在400℃时仍能保持882 MPa的抗弯强度。

研究了400℃热暴露对C f/Al-Fe-Mg-Si复合材料力学性能的影响规律。