沥青基碳纤维增强铝基复合材料组织及性能研究

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1、硕士学位论文沥青基碳纤维增强铝基复合材料组织及性能研究ASTUDYOFTHEMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFMESOPHASEPITCH-BASEDCARBONFIBERREINFORCEDALUMINUMCOMPOITES裴日生哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TB331学校代码：10213国际图书分类号：621.785密级：公开工学硕士学位论文沥青基碳纤维增强铝基复合材料组织及性能研究硕士研究生：裴日生导师：陈国钦副教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TB331U.D.C:621.785DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringASTUDYOFTHEMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFMESOPHASEPITCH-BASEDCARBONFIBERREINFORCEDALUMINUMCOMPOITESCandidate：PeiRishengSupervisor：AssociateProf.ChenGuoqinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineeri

3、ngAffiliation：MaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文通过挤压铸造法制备沥青基Cf/Al复合材料，利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱仪（EDS）等仪器对复合材料和碳纤维的显微组织进行观察，对复合材料的热物理性能和力学性能进行了测试。分析了不同种类的沥青基碳纤维（K1100、P120和P100）以及不同的基体合金（1199、6063和

4、5A06）对复合材料组织、热物理性能和力学性能的影响。碳纤维表征结果说明：碳纤维石墨化度越高、微晶尺寸越大、片层越完整、片层取向性越高，其轴向热导率越高。因此，沥青基碳纤维P100、P120和K1100相较于PAN基纤维具有更高的轴向热导率和弹性模量。复合材料界面结合良好，没有碳化物Al4C3生成；当Mg元素含量较低时，Mg元素以置换固溶体的形式存在于铝合金基体中；当Mg含量较低时，Mg元素以置换固溶体的形式存在于铝合金基体中；当基体合金中加入的Mg含量达到6.5wt.%时，界面生成大量的Al3Mg2。沥青基Cf/Al复合材料的纵向热导率测试值在284.7W/mK至417.7W/mK之间，横向

5、热导率在38.2W/mK至98.3W/mK之间。其中P100/6063复合材料的纵向热导率高达390.7W/mK，与ROM模型吻合；而5A06为基体的复合材料在基体中固溶大量的Mg原子，使复合材料的热导率降低。-6以1199和6063为基体的复合材料热的纵向平均热膨胀系数在-1×10/K至-61×10/K范围内，表现出低膨胀特性。而5A06基体的热膨胀系数较高，使复合材料的纵向热膨胀系数较高。温度和碳纤维的种类对复合材料的横向热膨胀系-6-6数影响较小，20~100℃范围内平均热膨胀系数在16×10/K至26×10/K之间，符合Kural-Min模型。复合材料的热循环实验结果表明：第一次循环过

6、程出现开环，这主要与复合材料中的残余应力松弛有关；且由于基体合金的塑性变形作用，在循环过程中出现了明显的应变滞后环。以6063为基体的复合材料的弹性模量和抗弯强度较高，其中P120/6063复合材料的弹性模量和抗弯强度分别达到了496.4GPa和703MPa。断口分析表明：复合材料主要以纤维拔出方式失效，通过适当合金化能有效减少碳纤维的拔出数量和拔出长度。关键词：Cf/Al复合材料；显微组织；热导率；热膨胀；弹性模量；抗弯强度-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthiswork,sevenkindsofunidirectionalmesophasepitch-basedCf

7、/Alcompositeswerefabricatedbypressureinfiltrationmethod.Opticalmicroscopy(OM),scanningelectronicmicroscopy(SEM),transmissionelectronicmicroscopyaswellasenergydispersivespectrometer(EDS)wereemployedtoa