碳纤维增强铝基复合材料金属z-pin层间强化技术

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 碳纤维 2

1.2.1 碳纤维的分类 2

1.2.2 碳纤维的结构 3

1.2.3 碳纤维石墨化度的评价 4

1.2.4 碳纤维的力学性能 6

1.3 Cf/Al复合材料的制备方法 8

1.3.1 扩散黏结法 8

1.3.2 挤压铸造法 9

1.3.3 真空压力浸渗法 9

1.4 Cf/Al复合材料的界面 10

1.5 Cf/Al复合材料的力学性能 11

1.5.1 碳纤维种类对Cf/Al复合材料力学性能的影响 12

1.5.2 碳纤维体积分数对Cf/Al复合材料力学性能的影响 12

1.5.3 碳纤维表面改性对Cf/Al复合材料力学性能的影响 13

1.5.4 基体合金对Cf/Al复合材料力学性能的影响 14

1.6 复合材料z-pin层间强化技术 15

1.6.1 z-pin的嵌入方式 16

1.6.2 z-pin增强复合材料的组织特征 18

1.6.3 z-pin增强复合材料的力学性能 20

1.6.4 z-pin增强复合材料的层间强化机理 23

1.6.5 z-pin技术存在的问题 23

1.7 本书的研究目的和研究内容 24

第2章 金属z-pin增强Cf/Al复合材料制备及测试方法 25

2.1 引言 25

2.2 试验用原始材料 25

2.3 金属z-pin增强Cf/Al复合材料制备 26

2.4 材料测试方法 27

2.4.1 密度测试 27

2.4.2 拉伸性能测试 27

2.4.3 三点弯曲性能测试 28

2.4.4 层间剪切强度测试 29

2.4.5 组织结构分析 30

2.4.6 扫描电镜动态拉伸测试 31

第3章 Cf/Al复合材料的界面及界面反应控制 32

3.1 引言 32

3.2 碳纤维的显微结构 33

3.2.1 碳纤维的石墨化度分析 33

3.2.2 碳纤维表面形貌观察 35

3.2.3 碳纤维的透射电镜观察 36

3.3 碳纤维石墨化度对Cf/Al复合材料界面反应、界面形貌及力学性能的影响 38

3.3.1 Cf/Al复合材料的金相组织 38

3.3.2 Cf/Al复合材料界面反应的基本特征 39

3.3.3 碳纤维石墨化度对Cf/Al复合材料界面形貌的影响 40

3.3.4 碳纤维石墨化度对Cf/Al复合材料力学性能的影响 44

3.4 合金成分对Cf/Al复合材料界面形貌及力学性能的影响 46

3.4.1 合金成分对Cf/Al复合材料界面形貌的影响 46

3.4.2 合金成分对Cf/Al复合材料力学性能的影响 50

3.5 制备工艺参数对Cf/Al复合材料界面反应的影响 51

3.5.1 预热温度对Cf/Al复合材料界面反应的影响 52

3.5.2 保温时间对Cf/Al复合材料界面反应的影响 54

3.5.3 铝液温度对Cf/Al复合材料界面反应的影响 56

3.6 Cf/Al复合材料界面反应控制的基本规律 57

3.6.1 碳纤维种类选择的依据 58

3.6.2 基体合金元素对界面反应的作用机制 59

3.6.3 最优工艺参数的理论估计 61

3.7 本章小结 64

第4章 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的设计思路及显微组织 65

4.1 引言 65

4.2 金属z-pin增强Cf/Al复合材料层间强化的设计思路 66

4.2.1 层间增强体的材料选择 66

4.2.2 层间增强体体积分数选择 67

4.2.3 层间增强体直径选择 68

4.3 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的显微组织特征 68

4.4 本章小结 72

第5章 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的层间力学性能和抗弯性能 73

5.1 引言 73

5.2 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的双切口法层间剪切强度 74

5.3 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的短梁法层间剪切强度 79

5.4 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的抗弯强度 90

5.5 金属z-pin增强Cf/Al复合材料层间强化机制 95

5.6 本章小结 104

第6章 金属z-pin增强Cf/Al复合材料层间剪切过程的模拟 105

6.1 引言 105

6.2 双切口层间剪切模型的建立 105

6.2.1 双切口层合板模型的建立 105

6.2.2 层合板层间剪切界面和z-pin增强体模型的处理 107

6.3 有限元模型单元的选择和材料参数的赋值及网格划分 108

6.3.1 模型单元的选择和材料参数的赋值 108

6.3.2 模型的网格划分 111

6.4 双切口层间剪切模型的模拟分析 112

6.4.1 施加载荷和边界条件 112

6.4.2 后处理与模拟结果分析 114

6.5 基于双切口层间剪切模型的不同z-pin参数模拟预报 123

6.5.1 不同材料z-pin增强Cf/Al复合材料剪切模拟预报 123

6.5.2 不同数量z-pin增强Cf/Al复合材料剪切模拟预报 125

6.5.3 不同几何分布z-pin增强Cf/Al复合材料剪切模拟预报 127

6.6 本章小结 129

第7章 Cf/Al复合材料在航天结构上的应用实例 130

7.1 引言 130

7.2 Cf/Al复合材料的基本力学性能 131

7.3 Cf/Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构强度特性 132

7.3.1 Cf/Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构刚度试验 132

7.3.2 Cf/Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构强度破坏试验 135

7.4 本章小结 140

第8章 总结 142

参考文献 1442100433B

《碳纤维增强铝基复合材料金属z-pin层间强化技术》系统地阐述碳纤维增强铝基（Cf/Al）复合材料的金属 z-pin 层间强化技术相关理论及应用等新的研究成果。主要内容包括：Cf/Al 复合材料及其z-pin层间强化技术的国内外研究现状；金属z-pin增强Cf/Al复合材料制备及测试方法；Cf/Al复合材料的界面及界面反应控制；金属z-pin增强Cf/Al复合材料的设计思路及显微组织；金属z-pin增强Cf/Al复合材料的层间力学性能和抗弯性能；金属z-pin增强Cf/Al复合材料层间剪切过程的模拟；Cf/Al复合材料在航天结构上的应用实例。

碳纤维/石墨增强铝基复合材料是一种用于工业生产、建筑的复合材料。

中文名称

碳纤维/石墨增强铝基复合材料

英文名称

carbon/graphite fiber reinforced Al- matrix composite

定　　义

以高性能碳或石墨纤维增强铝或铝合金为基体的复合材料。具有密度低、强度高、刚性好、导热导电性能好及尺寸稳定性好等优点。

应用学科

材料科学技术（一级学科），复合材料（二级学科），金属基复合材料（三级学科）