碳纖維增強鎂基復合層板的制備及性能研究.pdf

1、GLARE層合板（玻璃纖維/環(huán)氧樹脂增強鋁合金層板）已作為蒙皮材料應用于大飛機上。然而，環(huán)氧樹脂粘接的層合板的層界面結合強度較低，層界面易發(fā)生剝離，此外，作為粘接劑的環(huán)氧樹脂高溫穩(wěn)定性和耐濕熱性能較差，通常其使用溫度不超過150℃。因此，尋求和開發(fā)一種性能更為優(yōu)良的新型層合板來替代GLARE層合板具有重要的理論和實際意義。本文利用熱壓法制備了單層碳纖維增強鎂基復合層板，初步探索了制備工藝，并對其結構和性能進行研究。
　　 本文選

2、用AZ31B鎂合金板作為基體材料，T-300碳纖維編織布作為增強材料，以低熔點Mg69.7Zn28.9Al1.4三元共晶合金粉體（熔點為339℃）作為基體與增強體的連接劑，采用鋪層熱壓并輔以振動的方法制備出碳纖維增強鎂基復合層板。研究了復合層板熱壓制備過程中熱壓載荷、時間和輔助振動三個變量對復合層板力學性能和層界面結合強度及界面微觀結構的影響及作用機制。試驗采用電子萬能試驗機對不同工藝制備的復合層板進行層界面結合強度測試（橫向拉伸）和復

3、合層板室溫拉伸力學性能測試（縱向拉伸）;利用掃描電子顯微鏡(SEM)對復合板層界面的微觀結構以及復合層板層界面橫向拉伸斷口進行分析;同時結合能譜儀(EDS)和X射線衍射儀(XRD)進行成分和物相分析。
　　 試驗結果表明:(1)低熔點共晶合金連接劑的選擇和振動熱壓可以制備出層界面結合強度高和室溫拉伸性能顯著增強的碳纖維增強鎂基復合層板;(2)復合層板層界面結合強度隨熱壓載荷的增加而顯著增強，隨熱壓時間的延長略有增強，而振動的引入

4、可使層界面結合強度大幅提高，90MPa外載荷振動熱壓120s制備復合層板的層界面結合強度最高，達到8.7MPa;(3)在不同載荷下(10MPa、30MPa、60MPa和90MPa)振動熱壓120s制備的復合層板室溫縱向拉伸強度隨外載荷的增加而增加，在60MPa時達到最高值311.1MPa，繼續(xù)增加外載荷到90MPa時，拉伸強度又急劇下降，熱壓時間的延長可使復合層板的室溫縱向拉伸強度略有提高;(4)振動熱壓制備的復合層板中，基體AZ31B

5、與MgZnAl共晶連接劑通過擴散形成較強的冶金結合界面，其結合強度高于碳纖維與連接劑的結合強度;(5)碳纖維與連接劑的浸潤性與外載荷緊密相關，層界面拉伸斷面觀察表明，只有在90MPa下二者才能有效潤濕結合界面。
　　 上述結果表明，通過外加載荷的作用，為連接劑在碳纖維層的浸滲和流動能提供足夠的動力，克服碳纖維層中各種阻力的影響，可以實現(xiàn)連接劑對碳纖維的潤濕，形成強結合界面。而碳纖維增強鎂基復合層板宏觀力學性能由層界面結合強度和碳