碳纖維/鋁復層材料的組織和力學(xué)性能

裝甲防護材料應該具有特殊的性能如輕質(zhì)、高比強度以及優(yōu)良的綜合性能 為了降低結構重量和保持良好的機械性能,研究人員在傳統復合材料的基礎上研發(fā)一種新材料：纖維/金屬復層材料 將纖維材料和金屬薄層交替堆疊使其結合,制備出的材料具有高抗疲勞性和抗沖擊性以及高比強度、比剛度[1] 纖維/金屬復層材料,在保留兩者優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)彌補其不足 在沖擊作用下這種特殊的層狀結構因疊層的界面失效層間開(kāi)裂而產(chǎn)生大量吸能裂紋 這種高吸能性,可滿(mǎn)足裝甲防護材料的輕量化、強韌化和高效化的要求 纖維/金屬復層材料中的玻璃纖維/鋁復層材料,已經(jīng)用于制造客機A380機身的重要組成部分[2~4] 但是,這種材料還沒(méi)有發(fā)展出高承載結構,因此其模量和抗拉強度較低 碳纖維/鋁復層材料能發(fā)揮碳纖維和鋁基體的各自?xún)?yōu)點(diǎn),在保持鋁高韌性的同時(shí)使其力學(xué)性能強度提高 碳纖維的優(yōu)異性能使其具有更高的比模量[5]、更好的抗沖擊性[6,7]和更高的強度[8,9],因此可用于高承載結構[10,11] 大多數復合材料易碎,且通過(guò)損傷吸收能量而不是通過(guò)塑性應變吸收能量[12,13] 目前,對玻璃碳纖維/鋁復層材料已經(jīng)有較多的研究[4,14~17] Dhaliwal等[18]研究了具有兩種不同堆疊結構的碳纖維/鋁復層材料的彎曲行為,并報告了宏觀(guān)破壞行為 Nurhaniza等[19]利用鋁和碳纖維布的新組合順序研究了碳纖維/鋁復層材料的典型彎曲性能 Osapiuk等[20]比較了不同纖維取向和鋁厚度的玻璃碳纖維/鋁復層材料和碳纖維/鋁復層材料之間的失效行為 但是這些工作主要針對碳纖維/鋁復層材料的三點(diǎn)彎曲性能、失效行為,使用粘結劑制備層狀結構,纖維的排布方式為“橫縱向”或“橫縱斜向”,成本較高,且材料在服役過(guò)程中有明顯的各向異性 鍍鎳碳纖維可提高碳纖維與金屬的潤濕性,反應時(shí)間短,在適當溫度下保溫70 min便可形成結合良好的界面層 鍍鎳碳纖維氈是具有鍍鎳層的碳纖維,可避免粘結劑的影響 碳纖維束沿不同方向隨機分布,具有各向同性 鑒于此,本文將其與鋁箔交替堆疊制備碳纖維/鋁復層材料,觀(guān)察和測定其微觀(guān)組織,研究界面結構和碳纖維含量、鋁層厚度對復層材料的密度、硬度、及抗彎性能的影響 1 實(shí)驗方法1.1 實(shí)驗用材料 實(shí)驗用復層材料的基體為1060鋁箔,其成分列于表1 純鋁箔的厚度分別為0.3 mm、0.2 mm、0.1 mm,密度為2.7 g/c