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本文以航空航天结构材料为研究背景,设计制备了Cf/Mg复合材料。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDX)、电子拉伸试验机和热膨胀仪等分析测试手段,对复合材料的微观组织及性能进行了研究。分析界面类型、界面结合对Cf/Mg复合材料力学性能及热膨胀行为的影响机理。并在总结单向复合材料性能各向异性规律的基础上,提出了连续碳纤维增强金属基复合材料,二维平面内各向同性设计方法。Cf/AZ91D复合材料界面反应物Al4C3及界面析出物Mg17Al12的数量随着纤维石墨化程度升高而下降。Cf/ZM6复合材料中,基体合金元素Nd向界面偏聚,并在纤维表面形成块状Mg12Nd相,提高界面结合强度。同时由于界面析出消耗附近基体中的Nd元素,导致近界面的镁合金中形成无析出区。退火处理使Cf/Mg复合材料的基体合金中形成亚晶;T6处理使界面反应物数量增多、界面析出相尺寸增加,并使基体中位错密度上升。在碳纤维中混杂SiC颗粒后,SiC-AZ91D界面处形成块状Mg17Al12;在SiC-ZM6界面处形成羽毛状NdSi2,Mg17Al12和NdSi2改善增强体与镁合金的润湿性,进而提高复合材料力学性能,降低横向热膨胀系数。从T300、T700到M40纤维,对应石墨化程度不断升高,此时Cf/Mg复合材料界面结合强度逐渐由10.5MPa降低到6.65MPa。而复合材料的强度随界面结合强度降低而升高,拉伸强度从381MPa上升到1267MPa,拉伸模量在219~241GPa之间;弯曲强度从896MPa升高到1629MPa ,弯曲模量在206~226GPa之间。Cf/Mg复合材料具有较好的高温强度,在300℃以下,弯曲强度受温度影响较小,为1200~1536MPa;当温度超过300℃则开始急剧下降。单向Cf/Mg复合材料沿纤维方向的热应变,随着温度升高呈现非线性增加。在中温区由于基体合金发生微塑性变形,以及由界面滑移导致的热应力松弛使膨胀曲线出现明显的平台。随温度升高和纤维石墨化程度提高,复合材料热膨胀系数降低。选择含稀土镁合金作为基体,或是对复合材料进行T6处理都可以降低热膨胀系数。Cf/Mg复合材料在热循环过程中,由于热应力的作用而出现明显的应变滞后现象,并且由于基体合金的微塑性变形,导致复合材料在每次热循环结束后存在残余塑性变形。选择含稀土镁合金制备复合材料或是对复合材料进行T6处理均可降低残余塑性变形。本文将Schapery公式进行修正,可准确计算连续碳纤维增强金属基复合材料横向及纵向的热膨胀系数,并在此基础上提出计算混杂增强复合材料热膨胀系数的方法。在分析纤维排列方式对复合材料各向异性影响规律的基础上,基于修正的Schapery理论,建立了Cf/Mg复合材料二维各向同性设计方法,通过该方法计算得到满足二维平面内各向同性要求的纤维排列方式,以此为理论基础采用压力浸渗法制备出准各向同性2D-Cf/Mg复合材料。对其显微组织、热膨胀及力学性能进行研究表明,2D-Cf/Mg复合材料基本性能具有明显的各向同性特征。