论文部分内容阅读
Cf/Mg复合材料具有高比强度、高比模量、低热膨胀系数(CTE)和良好的抗阻尼性能等特点，在航空、航天、国防和运动器材等领域有着良好的应用前景。
本文分别在碳纤维表面采用化学法制备Ni涂层和采用Sol-Gel制备SO2涂层。采用真空压力法制备了无涂层、镀Ni和镀SiO2涂层三种碳纤维增强镁基复合材料。
碳纤维表面真空高温除胶工艺为：400℃保温30min。用化学法碳纤维表面涂覆了均匀、厚度为0.5-0.8μm的Ni涂层，其最佳工艺为：碳纤维经除胶、粗化、敏化、活化之后，在PH值为4.5-4.9，加热85℃的镀液中涂覆10min。
用Sol-Gel法在碳纤维表面制备SiO2。涂胶时溶胶用超声波震荡，其粘度为1.8mPa·s，提拉速度为1.6mm/s，烧结温度在30-210℃升温速率为1℃/min，在210℃保温30min，在210-500℃升温速率为2℃/min，500℃保温30min后随炉冷却，得到厚度约为30-100nm的SiO2涂层。
采用自行设计的真空压力浸渗设备分别制备无涂层、镀Ni和镀SiO2三种碳纤维增强镁基复合材料。Cf/Mg复合材料为：热压炉先抽真空，加热，温度达到670℃保温(镁的熔点为650℃)20分钟把镁液压下少许之后充入0.1MPa氩气保护，温度达到710℃保温20分钟，并施加约0.1-2MPa压强浸渗。Ni和SiO2涂层改善镁与碳纤维的界面润湿性，使Mg液充分浸渗碳纤维，界面结合致密，碳纤维分布均匀。碳纤维的错排和分布不均降低材料的性能。由于Mg与碳纤维CTE的差别，过快的冷却速度使Cf/Mg复合材料内部出现裂纹。
Cf/Mg复合材料中无涂层碳纤维与Mg界面干净，无反应发生；碳纤维表面Ni涂层与Mg反应生成Mg2Ni，并与Mg形成共晶组织；SiO2涂层与Mg发生少量反应生成MgO。镀SiO2碳纤维增强镁基复合材料强度最高为325MPa，无涂层碳纤维增强镁基复合材料其次为240MPa，碳纤维镀Ni增强镁基复合材料最低为190MPa；无涂层碳纤维增强镁基复合材料的延伸率2.2％，镀SiO2碳纤维增强镁基复合材料1.9％，镀Ni增强镁基复合材料碳纤维1.3％。Cf/Mg复合材料断裂机制为：无涂层碳纤维与镁基体界面脱粘明显，拔出长度较长；镀SiO2碳纤维与镁基体界面脱粘，拔出长度较短；镀Ni碳纤维无明显的脱粘、拔出，材料呈现脆性断裂。