为改善Cf/Al复合材料界面结合状态,国内外进行大量基体合金化的研究,而现阶段的研究以实验为主而缺少理论研究。本文采用第一性原理计算模拟Cf/Al复合材料界面,探究向Al基体中添加合金Y元素对界面的影响。针对模拟结果优选制备了基体中添加Y元素的Cf/Al复合材料,对复合材料微观组织进行SEM、TEM观察,并对其横向拉伸性能、层间剪切性能和弯曲性能进行测试,分析其界面结合状态及其对界面强韧性的影响。基于CASTEP的计算表明,Cf/Al界面模型的粘附功计算值为0.111 J·m-2,其值为正,Cf/Al界面是较稳定界面且Al和C之间由于较大界面间距和无缺陷的石墨环结构导致两者之间无明显的电荷转移。对于稀土元素Y替换Al原子的Cf/Al界面,其粘附功有较大幅度的提高。从晶格缺陷能的计算可知,稀土元素Y替换第一层Al原子时体系最稳定,说明了Y更容易向界面偏聚的特性。通过对比其他合金元素对Cf/Al界面的影响发现Y对界面粘附功的提高程度最大,向基体中添加Y元素对Cf/Al界面的改善作用最明显。本文制备了纯Al基体的Cf/1199以及基体Y元素质量百分数为1%和3%的Cf/Al-1Y、Cf/Al-3Y复合材料。从复合材料横断面SEM观察发现Y元素含量为1wt.%时在界面处不仅均匀分散于Al基体中而且还扩散入碳纤维中,但基体中的含量仍要高于碳纤维中的含量;Y含量提高到3wt.%时分布较集中,在界面严重富集,晶格缺陷能计算也得到相同的结果。更进一步发现,在Cf/Al复合材料界面出现大量细杆状Al4C3,而Cf/Al-1Y复合材料界面Al4C3数量减少且伴有块状Al3Y析出相,Cf/Al-3Y复合材料基体中存在球状的Al3Y相,界面发现了较大尺寸的Al3Y析出相,界面的Al4C3相数量更少且尺寸更小。由Y元素对Cf/Al复合材料界面反应影响的热力学分析可知,Y元素的加入使生成Al4C3的反应的Gibbs自由能升高,使其反应变得较难进行,说明Y元素可以阻碍Al4C3的生成,并且随着Y含量的增加其抑制作用会更加明显,这一点与计算的结果吻合。针对三种复合材料进行力学性能的表征,Y元素含量为1wt.%时其弯曲强度较纯铝基体的复合材料增加16.1%,约为82.4MPa,而Y元素含量为3wt.%时其弯曲强度反而下降。基体添加1wt.%Y元素之后其层间剪切强度降低了14.5%,而断裂能增加了41.9%,说明界面脆性有所缓和。同时其横向抗拉强度增加了53.9%,其韧性也有所提高。