【摘 要】
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铝基连续纤维增韧Fe/Fe2Al5层状复合材料是一种新型的复合材料,它是受贝壳珍珠层的结构增韧机理的启发,将仿生学的思想应用于材料设计而提出的,属于金属-金属间化合物层状复合材料（MIL复合材料）,由于MIL复合材料具有高强度、高比模量、高硬度、低密度等优良性能而被广泛应用。目前对MIL复合材料的研究常见的有Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系,但由于其强性层硬度高,脆性大,导致整体表现为脆性
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铝基连续纤维增韧Fe/Fe2Al5层状复合材料是一种新型的复合材料,它是受贝壳珍珠层的结构增韧机理的启发,将仿生学的思想应用于材料设计而提出的,属于金属-金属间化合物层状复合材料（MIL复合材料）,由于MIL复合材料具有高强度、高比模量、高硬度、低密度等优良性能而被广泛应用。目前对MIL复合材料的研究常见的有Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系,但由于其强性层硬度高,脆性大,导致整体表现为脆性材料,因此对MIL复合材料增韧方法的研究也逐渐兴起,其中最为常见的韧化方式为纤维增韧法。目前纤维增韧法的研究已见于Ti-Al系与Ni-Al系,关于Fe-Al系的纤维增韧研究还鲜有报道,连续镀镍碳纤维增韧更是尚无人研究,所以本课题选用镀镍碳纤维作为增韧材料,研究连续纤维增韧Fe/Fe2Al5层状复合材料制备与组织性能。本课题将连续短切的镀镍碳纤维毡、1060Al箔和纯铁箔预处理,采用真空热压烧结炉,在温度630、650℃下施加21、28MPa压力下制备了铝基连续碳纤维复合预制体。再将综合性能最好的预制体与纯铁箔交替叠层反应,于658℃、10MPa下制备出了铝基连续纤维增韧Fe/Fe2Al5层状复合材料。分析了碳纤维对铝基连续纤维增韧Fe/Fe2Al5层状复合材料的作用效果及增韧机理,分析了层状材料的显微组织、结构、相组成及其物理和力学性能,研究表明:（1）碳纤维表面的镀镍层改善了铝与碳纤维界面的润湿性,Al基体充分渗透,形成界面结合良好的铝基连续纤维增韧Fe/Fe2Al5层状复合材料。镀镍层与铝基体在碳纤维附近反应生成Al3Ni,有效的阻止了铝基体与碳纤维之间形成的脆性相Al4C3,并有少量Al5Fe Ni强化析出相。（2）碳纤维的加入有效的提高了预制体的物理性能与力学性能,降低了密度。铝基连续纤维增韧Fe/Fe2Al5层状复合材料的主要产物为Fe2Al5相及少量的Fe3Al14相和Al5Fe Ni相。连续纤维的添加消除了传统MIL材料的中心线,转而由碳纤维和Al-Fe2Al5构成界面。（3）随着保温反应时间的增加,Al与Fe反应生成的金属间化合物层Fe2Al5相厚度增加,并在近铁侧形成舌状形貌及少量岛状颗粒。Fe2Al5相由体扩散控制生长,呈“抛物线”生长规律。（4）使用不同厚度的铁箔制备出了密度为4.376g/cm~3、5.100g/cm~3和5.602g/cm~3的试样,铝基体硬度为45±5HV,铁基体的硬度为180±10HV,而金属间化合物层的硬度为800±150HV。（5）动态压缩表明,抗压强度范围为492.31-801.79MPa,应变率范围为3700-5600/s;真实应力-应变图均有一段屈服平台。动态压缩断裂形式包括解理断裂和微孔聚集性断裂。（6）拉伸应力-应变曲线呈阶梯状失效,随着金属间化合物的减少和铁箔厚度的增加,抗拉强度提高了。保温1h条件下,铁箔厚度的增加使伸长率提高了约66.7%。0.8mm铁箔保温1h的试样拉伸性能最佳,其中抗拉强度为345.57MPa;碳纤维的加入使复合材料的伸长率提高了约15.4%之多,抗拉强度提高了约2.7%。
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