基体合金对连续M40石墨纤维/Al复合材料纤维损伤及断裂机制的影响

复合材料学报, 2016, 33(12): 2797-2806. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160224.001

基体合金对连续M40石墨纤维/Al复合材料纤维损伤及断裂机制的影响

聂明明 ^1, , 徐志锋 ^2, , 余欢 ^3, , 王振军 ^4, , 姚菁 ^5,

1.南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌,330063

2.南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌,330063

3.南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌,330063

4.南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌,330063

5.南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌,330063

基金项目: 国家自然科学基金(51365043) 轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室和航空材料热加工技术航空科技重点实验室联合资助项目(GF201101004) 江西省自然科学基金(20151BAB206004)

关键词：连续M40/Al复合材料 , 真空气压浸渗 , 基体合金 , 纤维损伤 , 断裂机制

Effects of matrix alloy on fiber damage and fracture mechanism of continuous M40 graphite fiber/Al composites

Keywords： continuous M40/Al composites , vacuum gas pressure impregnation , matrix alloy , fiber damage , fracture mechanism

选用M40石墨纤维为增强体,采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为40％,基体合金分别为ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301合金的连续M40/Al复合材料,并用NaOH溶液萃取出M40纤维,研究了基体合金对连续M40/Al复合材料纤维损伤和断裂机制的影响.结果表明:不同的基体合金对M40纤维造成的损伤差异较大,从M40/ZL301复合材料中萃取的纤维拉伸强度最高,其拉伸强度为1 686MPa,约为纤维原丝拉伸强度的38.3％;而从M40/ZL102复合材料中萃取的纤维拉伸强度最低,其拉伸强度仅为687 MPa,且纤维表面粗糙程度不一.不同M40/Al复合材料的断裂机制存在明显差别,M40/ZL102和M40/ZL114A复合材料断裂时无纤维拔出及界面脱牯,裂纹横向穿过纤维导致复合材料在低应力下失效;M40/ZL205A复合材料则表现为少量纤维拔出,界面轻微脱粘;同时,M40/ZL301复合材料表现为大量纤维拔出,裂纹沿界面纵向扩展,界面脱粘明显,纤维充分发挥其承载作用,复合材料的拉伸强度最高,达到了670.2 MPa.

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