碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能

第21卷第4期大连铁道学院学报VoI21No4

2000年12月JOURNALOFDALIANRAILWAYINSTITUTEDec2000

文章编号:1000-1670(2000)04—0047・04

碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能

王德庆,石子源,高宏

(大连铁道学院材料科学与工程系,豆宁大连”6028)

摘要:利用挤压铸造方珐.采用三种布同的凝固条件,制备了连续长硪纤维增强铝基复

合材料的拉伸试样,并对其拉伸性能进行了试验.试验结果表明。该复台材料的抗拉强

度和弹性模量皆随碳纤维的体积音量增加而增加.含48%碳纤雏的复合材科比基体材料

的拄伸强度高50%以上.但塑性指标随碳纤维台量的增加而显著降低.当连续碳纤维

的体积含量较小时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较大,对弹性模量的影响较

小;当碳纤维的体积含量较大时,凝固条件对该复台材辩的抗拉强度影响较小,而对弹性

模量的影响较大.

关■词:复合材料;机械性能;捌备

中圈分类号:1bll3.25文献标识码:A

现有的研究表明,碳纤维增强铝基合材料具有高的比强度和比模量以及各种优异的物

理性能,其在汽车,航天等领域有着广闷的应用前景.目前,对于颗粒,晶须以及短纤维

增强的铝基复合材料(如SiC-A1.A1pr舢)的组织及性能已有大量的报导¨“l,而有关纤

维增强的铝基复合材料方面的研究却极少,更不用说连续长纤维增强的铝基复合材料方面

的研究了.其主要原因是难以使非常细小的纤维(直径6--8ImO在铝的基体上有序地均

匀分布.

本研究利用挤压铸造技术制备了这种连续有序长碳纤维增强的铝基复合材料的拉伸试

样,并测定了该材料的拉伸性能.

1实验材料与拉伸试样的制备

本实验所用基体材料为纯度为99.5%商用铝

锭.其机械性能指标为:o-"b="/3MPa.6=6.1%.

妒=15.O%.所采用的碳纤维的直径是6肌相对

密度为2.1g庵矗,弹性模量为500GPa.

用于制备拉伸试样的研究模是用灰铸铁加工

的,其示意图如图1所示.阴模是由两个半开模圈1拉伸试样挤压铸造稹具示意图

收冀日期:2800.05—08

作者篱介:王蕾庆(1953-)。男.剖教授万 方数据

目‰∈#*##∞十∞#《i∞#目№^*目目2&*t##mdi∞Ⅱ^㈣。

《=#*&n*《#∞十∞目《i№t

镕j"*&n*H#∞*Ⅲm

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&*E##mⅢⅢ∞镕女EmⅢ*自*目目Ⅲ《#镕∞#¥日日■H~i*∞#自自目2拉伸试验结果

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自#月目B±m#镕☆i#m目,女目§#目∞#&目E∞^tRt自#^∞g月jm#%∞镕口☆i#女目.#《目aa十.8#∞*★£目#¥∞Ⅲ日*∞女#目E#%目月∞d^#Rt**目#m

万方数据 

第4期王德庹等:碳纤雏增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能49加,该复合材料的弹性模量呈现线性增加的趋势.与理论计算值比较,在碳纤维含量较低时,凝固条件对弹性模量的影响较小;但是随着碳纤维体积含量的增加,凝固条件对弹性模量的影响增大.

图5显示了在不同凝固条件下拉伸试样的延伸率与

碳纤维含量的关系.由图5可以看到,凝固条件对延

伸率的影响较小.在碳纤维的体积含量小于24%以

前,随着碳纤维体积含量的增加,拉伸试样的延伸率呈

直线降低,下降很快;当碳纤维体积含量大于24%以

后,延伸率与碳纤维含量曲线趋于平缓.断面收缩率

与碳纤维含量的关系呈现了相同的箱势.实际上,当

碳纤维的体积含量大于24%以后,这种复合材料的塑破纤维古量,%、*垂鼬采圈5延伸率与碳纤维台■的关系性已经相当低了.其主要原因在于,在铸造过程中,碳纤维与铝发生反应f,j.其反应式为

4A1+3C——。一A1,C3

该反应生成物A1,C,是脆性相,分布在Al肛的界面上,严重地削弱了舢/C界面的结合强度,损害了该复合材料的机械性能.

3结论

1)随着碳纤维体积含量的增加,该复合材料的拉伸强度和弹性模量都呈线性增加.含48%碳纤维的复合材料比试验用铝的拉伸强度高50%以上;

2)该复合材料的塑性随碳纤维体积含量的增加而降低;

3)当连续碳纤维的体积含量较小时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较大,对弹性模量的影响较小;当碳纤维的体积含量较大时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较小,而对弹性模量的影响较大.

参考文献:

【l】HA】)IA】师oRDM

121LLORCAJ,POZAJ'瑚B“YJ,MAIYW[J】.J.Mater.Sci.,1994,C功:2321-23靠P【J1.Mater.Sci.&Engi.,1994,185A0-2):25・38.

P圈ZHANGHONG-YAN,ANDERSON

t4]EHRSTROMJM,DAEHNGS[JJ.Metall.Tram.,1994,25,4:415-426.C,KOOLWHIJ】.J.Mater.Sd.,1988㈣:3195—3201.

B15]LAURENTD.CHATAIN,EUSTATHOPOULOSN【J】.JMater,sd.,1987(22):244—250.问STEFANESCUDM,DH]NDAWKKACARSA,etalIJ】Metall.Tram.,1988,19A:2847-2855.

网DUT'FAl[J1.Compos咕sd.&Ttr.:h.,1991(41):193—213.

罔Blu虻蛐ET’EMBURG

[91LLOYDDJD,TAOs,et81【J】.ActaMetall.Mater.,199K39):1781-1786.J【J】CompositeSci.&Tech.,1989(3毋:159・179.

万方数据 

50大连铁道学院学报第21卷

ThePreparationandPropertiesofContinuousCarbon

FiberReinforcedAluminumMatrixComposite

WANGDe-qing,SHIZi・yuan,GAOHong

l(D叩t.ofMaterialScience&Engin∞一“舀DalianRailwayInstitute,Dalian

^htract:.Theteusile

posites

tensileweretest16028.China)testspecimenofthecontinuouscarbonfibetreinforcedalumiuummatrixcom.preparedbyusingsqueeZecastingunderthreedifferentsolidificationconditions.ThetelL3ilcstrengthandelasticw∞alsoconducted.The

themodulusoftimcompositearein—creasedwithiilcreaseinthecarbonfihercontent.Thetensilestrengthofthecompositewith48

V01.%carbon

composite

content

elasticarefiberis50%higherthanthatofthematrixmaterial.How℃vcr.theplasticitiesofthedecreaseddramaticallywiththejncreaseinthecarboncontent.Whenthecarbonfiberconditionsissmall,thesolodificationhavegreatereffectontensilestrengthbutsmIler0nmodulusofthecomposite,whilelargeamountofcarbonfibersare:added.solid访cationcondi.

elastictioIuaffect

KeymodIdmmoreandtensilestrengthlasswords:metalmatrixcomposite;mechanicalp”perti¥;preparation万方数据 

碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能

作者:

作者单位:

刊名:

英文刊名:

年,卷(期):

被引用次数:王德庆, 石子源, 高宏, WANG De-qing, SHI Zi-yuan, GAO Hong大连铁道学院材料科学与工程系,辽宁大连 116028大连铁道学院学报JOURNAL OF DALIAN RAILWAY INSTITUTE2000,21(4)4次

参考文献(9条)

1.Lloyd D J 查看详情 1989(35)

2.BRECHET;EMBURG J D;Tao S 查看详情 1991(39)

3.Dutta I 查看详情 1991(41)

4.STEFANESCU D M;DHINDAW B K;KACAR S A 查看详情 1988

5.LAURENT D;CHATAIN;Eustathopoulos N 查看详情[外文期刊] 1987(22)

6.EHRSTROM J C;KOOL W H 查看详情 1988(23)

7.ZHANG HONG-YAN;ANDERSON P M;DAEHN G S 查看详情[外文期刊] 1994

8.Llorca J;POZA P 查看详情 1994(1-2)

9.HADIANFORD M J;HEALY J;MAI Y W 查看详情[外文期刊] 1994(20)

引证文献(4条)

1.宋秀安.赵浩峰 Al2O3纤维增强铝基复合丝腐蚀行为及机理研究[期刊论文]-腐蚀与防护 2006(5)

2.高嵩 短碳纤维增强工业原铝复合材料的研究[学位论文]博士 2006

3.高嵩 短碳纤维增强工业原铝复合材料的研究[学位论文]博士 2006

4.寇亮 碳纤维表面改性对铝基复合材料组织及力学性能的影响[学位论文]硕士 2005

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dltdxyxb200004011.aspx

第21卷第4期大连铁道学院学报VoI21No4

2000年12月JOURNALOFDALIANRAILWAYINSTITUTEDec2000

文章编号:1000-1670(2000)04—0047・04

碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能

王德庆,石子源,高宏

(大连铁道学院材料科学与工程系,豆宁大连”6028)

摘要:利用挤压铸造方珐.采用三种布同的凝固条件,制备了连续长硪纤维增强铝基复

合材料的拉伸试样,并对其拉伸性能进行了试验.试验结果表明。该复台材料的抗拉强

度和弹性模量皆随碳纤维的体积音量增加而增加.含48%碳纤雏的复合材科比基体材料

的拄伸强度高50%以上.但塑性指标随碳纤维台量的增加而显著降低.当连续碳纤维

的体积含量较小时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较大,对弹性模量的影响较

小;当碳纤维的体积含量较大时,凝固条件对该复台材辩的抗拉强度影响较小,而对弹性

模量的影响较大.

关■词:复合材料;机械性能;捌备

中圈分类号:1bll3.25文献标识码:A

现有的研究表明,碳纤维增强铝基合材料具有高的比强度和比模量以及各种优异的物

理性能,其在汽车,航天等领域有着广闷的应用前景.目前,对于颗粒,晶须以及短纤维

增强的铝基复合材料(如SiC-A1.A1pr舢)的组织及性能已有大量的报导¨“l,而有关纤

维增强的铝基复合材料方面的研究却极少,更不用说连续长纤维增强的铝基复合材料方面

的研究了.其主要原因是难以使非常细小的纤维(直径6--8ImO在铝的基体上有序地均

匀分布.

本研究利用挤压铸造技术制备了这种连续有序长碳纤维增强的铝基复合材料的拉伸试

样,并测定了该材料的拉伸性能.

1实验材料与拉伸试样的制备

本实验所用基体材料为纯度为99.5%商用铝

锭.其机械性能指标为:o-"b="/3MPa.6=6.1%.

妒=15.O%.所采用的碳纤维的直径是6肌相对

密度为2.1g庵矗,弹性模量为500GPa.

用于制备拉伸试样的研究模是用灰铸铁加工

的,其示意图如图1所示.阴模是由两个半开模圈1拉伸试样挤压铸造稹具示意图

收冀日期:2800.05—08

作者篱介:王蕾庆(1953-)。男.剖教授万 方数据

目‰∈#*##∞十∞#《i∞#目№^*目目2&*t##mdi∞Ⅱ^㈣。

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万方数据 

第4期王德庹等:碳纤雏增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能49加,该复合材料的弹性模量呈现线性增加的趋势.与理论计算值比较,在碳纤维含量较低时,凝固条件对弹性模量的影响较小;但是随着碳纤维体积含量的增加,凝固条件对弹性模量的影响增大.

图5显示了在不同凝固条件下拉伸试样的延伸率与

碳纤维含量的关系.由图5可以看到,凝固条件对延

伸率的影响较小.在碳纤维的体积含量小于24%以

前,随着碳纤维体积含量的增加,拉伸试样的延伸率呈

直线降低,下降很快;当碳纤维体积含量大于24%以

后,延伸率与碳纤维含量曲线趋于平缓.断面收缩率

与碳纤维含量的关系呈现了相同的箱势.实际上,当

碳纤维的体积含量大于24%以后,这种复合材料的塑破纤维古量,%、*垂鼬采圈5延伸率与碳纤维台■的关系性已经相当低了.其主要原因在于,在铸造过程中,碳纤维与铝发生反应f,j.其反应式为

4A1+3C——。一A1,C3

该反应生成物A1,C,是脆性相,分布在Al肛的界面上,严重地削弱了舢/C界面的结合强度,损害了该复合材料的机械性能.

3结论

1)随着碳纤维体积含量的增加,该复合材料的拉伸强度和弹性模量都呈线性增加.含48%碳纤维的复合材料比试验用铝的拉伸强度高50%以上;

2)该复合材料的塑性随碳纤维体积含量的增加而降低;

3)当连续碳纤维的体积含量较小时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较大,对弹性模量的影响较小;当碳纤维的体积含量较大时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较小,而对弹性模量的影响较大.

参考文献:

【l】HA】)IA】师oRDM

121LLORCAJ,POZAJ'瑚B“YJ,MAIYW[J】.J.Mater.Sci.,1994,C功:2321-23靠P【J1.Mater.Sci.&Engi.,1994,185A0-2):25・38.

P圈ZHANGHONG-YAN,ANDERSON

t4]EHRSTROMJM,DAEHNGS[JJ.Metall.Tram.,1994,25,4:415-426.C,KOOLWHIJ】.J.Mater.Sd.,1988㈣:3195—3201.

B15]LAURENTD.CHATAIN,EUSTATHOPOULOSN【J】.JMater,sd.,1987(22):244—250.问STEFANESCUDM,DH]NDAWKKACARSA,etalIJ】Metall.Tram.,1988,19A:2847-2855.

网DUT'FAl[J1.Compos咕sd.&Ttr.:h.,1991(41):193—213.

罔Blu虻蛐ET’EMBURG

[91LLOYDDJD,TAOs,et81【J】.ActaMetall.Mater.,199K39):1781-1786.J【J】CompositeSci.&Tech.,1989(3毋:159・179.

万方数据 

50大连铁道学院学报第21卷

ThePreparationandPropertiesofContinuousCarbon

FiberReinforcedAluminumMatrixComposite

WANGDe-qing,SHIZi・yuan,GAOHong

l(D叩t.ofMaterialScience&Engin∞一“舀DalianRailwayInstitute,Dalian

^htract:.Theteusile

posites

tensileweretest16028.China)testspecimenofthecontinuouscarbonfibetreinforcedalumiuummatrixcom.preparedbyusingsqueeZecastingunderthreedifferentsolidificationconditions.ThetelL3ilcstrengthandelasticw∞alsoconducted.The

themodulusoftimcompositearein—creasedwithiilcreaseinthecarbonfihercontent.Thetensilestrengthofthecompositewith48

V01.%carbon

composite

content

elasticarefiberis50%higherthanthatofthematrixmaterial.How℃vcr.theplasticitiesofthedecreaseddramaticallywiththejncreaseinthecarboncontent.Whenthecarbonfiberconditionsissmall,thesolodificationhavegreatereffectontensilestrengthbutsmIler0nmodulusofthecomposite,whilelargeamountofcarbonfibersare:added.solid访cationcondi.

elastictioIuaffect

KeymodIdmmoreandtensilestrengthlasswords:metalmatrixcomposite;mechanicalp”perti¥;preparation万方数据 

碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能

作者:

作者单位:

刊名:

英文刊名:

年,卷(期):

被引用次数:王德庆, 石子源, 高宏, WANG De-qing, SHI Zi-yuan, GAO Hong大连铁道学院材料科学与工程系,辽宁大连 116028大连铁道学院学报JOURNAL OF DALIAN RAILWAY INSTITUTE2000,21(4)4次

参考文献(9条)

1.Lloyd D J 查看详情 1989(35)

2.BRECHET;EMBURG J D;Tao S 查看详情 1991(39)

3.Dutta I 查看详情 1991(41)

4.STEFANESCU D M;DHINDAW B K;KACAR S A 查看详情 1988

5.LAURENT D;CHATAIN;Eustathopoulos N 查看详情[外文期刊] 1987(22)

6.EHRSTROM J C;KOOL W H 查看详情 1988(23)

7.ZHANG HONG-YAN;ANDERSON P M;DAEHN G S 查看详情[外文期刊] 1994

8.Llorca J;POZA P 查看详情 1994(1-2)

9.HADIANFORD M J;HEALY J;MAI Y W 查看详情[外文期刊] 1994(20)

引证文献(4条)

1.宋秀安.赵浩峰 Al2O3纤维增强铝基复合丝腐蚀行为及机理研究[期刊论文]-腐蚀与防护 2006(5)

2.高嵩 短碳纤维增强工业原铝复合材料的研究[学位论文]博士 2006

3.高嵩 短碳纤维增强工业原铝复合材料的研究[学位论文]博士 2006

4.寇亮 碳纤维表面改性对铝基复合材料组织及力学性能的影响[学位论文]硕士 2005

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dltdxyxb200004011.aspx


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