短碳纤维铝基复合材料的制备及界面稳定性研究

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碳纤维因其质量轻、膨胀系数低、抗高温和磨损能力强以及导电、导热能力良好等突出的优点而被认为是复合材料理想的增强体材料。目前,碳纤维在树脂基复合材料领域已取得了卓越的成效,而树脂基复合材料通常只能在350℃以下的场景进行使用,因此,耐高温的金属基复合材料正在迅速开发与研究。 短碳纤维铝基复合材料可以有效发挥碳纤维良好的耐高温性、导电性、抗磨损以及尺寸稳定等优异的性能。然而,短碳纤维和铝基体之间存在的界面问题限制了其广泛的应用。由于碳纤维和铝基体的物理及化学性质存在一定差异,这使得两者之间很难达到一个良好的结合效果。在实际生产中,碳纤维和铝基体之间因润湿性差和界面有害反应使得载荷传递效果并不理想。在较高的温度下,碳纤维会发生氧化且容易和铝基体在界面结合处相互作用而发生反应,导致脆性中间相Al4C3的产生。但是,在常规的铸造温度下,碳纤维与铝基体之间的润湿性较差,铝基体无法自发的完成渗进过程,所以需要依靠额外的驱动力。因此,开发一种高效的制备短碳纤维铝基复合材料的工艺方案成为了该研究的重点。 本方案通过对碳纤维和铝基体界面结合问题的研究,提出了一种利用渗流铸造工艺制备短碳纤维铝基复合材料的方法。通过对界面稳定性、表面涂层等基础工艺的探索,成功制备了碳纤维分散均匀,界面稳定性良好的短碳纤维铝基复合材料,并建立了涂层在铝基体中的扩散模型对实际结果进行了验证比较。