第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 碳纤维 2
1.2.1 碳纤维的分类 2
1.2.2 碳纤维的结构 3
1.2.3 碳纤维石墨化度的评价 4
1.2.4 碳纤维的力学性能 6
1.3 Cf／Al复合材料的制备方法 8
1.3.1 扩散黏结法 8
1.3.2 挤压铸造法 9
1.3.3 真空压力浸渗法 9
1.4 Cf／Al复合材料的界面 10
1.5 Cf／Al复合材料的力学性能 11
1.5.1 碳纤维种类对Cf／Al复合材料力学性能的影响 12
1.5.2 碳纤维体积分数对Cf／Al复合材料力学性能的影响 12
1.5.3 碳纤维表面改性对Cf／Al复合材料力学性能的影响 13
1.5.4 基体合金对Cf／Al复合材料力学性能的影响 14
1.6 复合材料z-pin层间强化技术 15
1.6.1 z-pin的嵌入方式 16
1.6.2 z-pin增强复合材料的组织特征 18
1.6.3 z-pin增强复合材料的力学性能 20
1.6.4 z-pin增强复合材料的层间强化机理 23
1.6.5 z-pin技术存在的问题 23
1.7 本书的研究目的和研究内容 24
第2章 金属z-pin增强Cf／Al复合材料制备及测试方法 25
2.1 引言 25
2.2 试验用原始材料 25
2.3 金属z-pin增强Cf／Al复合材料制备 26
2.4 材料测试方法 27
2.4.1 密度测试 27
2.4.2 拉伸性能测试 27
2.4.3 三点弯曲性能测试 28
2.4.4 层间剪切强度测试 29
2.4.5 组织结构分析 30
2.4.6 扫描电镜动态拉伸测试 31
第3章 Cf／Al复合材料的界面及界面反应控制 32
3.1 引言 32
3.2 碳纤维的显微结构 33
3.2.1 碳纤维的石墨化度分析 33
3.2.2 碳纤维表面形貌观察 35
3.2.3 碳纤维的透射电镜观察 36
3.3 碳纤维石墨化度对Cf／Al复合材料界面反应、界面形貌及力学性能的影响 38
3.3.1 Cf／Al复合材料的金相组织 38
3.3.2 Cf／Al复合材料界面反应的基本特征 39
3.3.3 碳纤维石墨化度对Cf／Al复合材料界面形貌的影响 40
3.3.4 碳纤维石墨化度对Cf／Al复合材料力学性能的影响 44
3.4 合金成分对Cf／Al复合材料界面形貌及力学性能的影响 46
3.4.1 合金成分对Cf／Al复合材料界面形貌的影响 46
3.4.2 合金成分对Cf／Al复合材料力学性能的影响 50
3.5 制备工艺参数对Cf／Al复合材料界面反应的影响 51
3.5.1 预热温度对Cf／Al复合材料界面反应的影响 52
3.5.2 保温时间对Cf／Al复合材料界面反应的影响 54
3.5.3 铝液温度对Cf／Al复合材料界面反应的影响 56
3.6 Cf／Al复合材料界面反应控制的基本规律 57
3.6.1 碳纤维种类选择的依据 58
3.6.2 基体合金元素对界面反应的作用机制 59
3.6.3 最优工艺参数的理论估计 61
3.7 本章小结 64
第4章 金属z-pin增强Cf／Al复合材料的设计思路及显微组织 65
4.1 引言 65
4.2 金属z-pin增强Cf／Al复合材料层间强化的设计思路 66
4.2.1 层间增强体的材料选择 66
4.2.2 层间增强体体积分数选择 67
4.2.3 层间增强体直径选择 68
4.3 金属z-pin增强Cf／Al复合材料的显微组织特征 68
4.4 本章小结 72
第5章 金属z-pin增强Cf／Al复合材料的层间力学性能和抗弯性能 73
5.1 引言 73
5.2 金属z-pin增强Cf／Al复合材料的双切口法层间剪切强度 74
5.3 金属z-pin增强Cf／Al复合材料的短梁法层间剪切强度 79
5.4 金属z-pin增强Cf／Al复合材料的抗弯强度 90
5.5 金属z-pin增强Cf／Al复合材料层间强化机制 95
5.6 本章小结 104
第6章 金属z-pin增强Cf／Al复合材料层间剪切过程的模拟 105
6.1 引言 105
6.2 双切口层间剪切模型的建立 105
6.2.1 双切口层合板模型的建立 105
6.2.2 层合板层间剪切界面和z-pin增强体模型的处理 107
6.3 有限元模型单元的选择和材料参数的赋值及网格划分 108
6.3.1 模型单元的选择和材料参数的赋值 108
6.3.2 模型的网格划分 111
6.4 双切口层间剪切模型的模拟分析 112
6.4.1 施加载荷和边界条件 112
6.4.2 后处理与模拟结果分析 114
6.5 基于双切口层间剪切模型的不同z-pin参数模拟预报 123
6.5.1 不同材料z-pin增强Cf／Al复合材料剪切模拟预报 123
6.5.2 不同数量z-pin增强Cf／Al复合材料剪切模拟预报 125
6.5.3 不同几何分布z-pin增强Cf／Al复合材料剪切模拟预报 127
6.6 本章小结 129
第7章 Cf／Al复合材料在航天结构上的应用实例 130
7.1 引言 130
7.2 Cf／Al复合材料的基本力学性能 131
7.3 Cf／Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构强度特性 132
7.3.1 Cf／Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构刚度试验 132
7.3.2 Cf／Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构强度破坏试验 135
7.4 本章小结 140
第8章 总结 142
参考文献 144