碳纤维/铝复层材料的组织和力学性能
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编辑：中冶有色网
来源：王艳坤,王宇,纪伟,王智慧,彭翔飞,呼宇雄,刘斌,徐宏,白培康
2024-04-19 13:52:06
装甲防护材料应该具有特殊的性能如轻质、高比强度以及优良的综合性能
为了降低结构重量和保持良好的机械性能,研究人员在传统复合材料的基础上研发一种新材料：纤维/金属复层材料
将纤维材料和金属薄层交替堆叠使其结合,制备出的材料具有高抗疲劳性和抗冲击性以及高比强度、比刚度[1]
纤维/金属复层材料,在保留两者优点的同时弥补其不足
在冲击作用下这种特殊的层状结构因叠层的界面失效层间开裂而产生大量吸能裂纹
这种高吸能性,可满足装甲防护材料的轻量化、强韧化和高效化的要求
纤维/金属复层材料中的玻璃纤维/铝复层材料,已经用于制造客机A380机身的重要组成部分[2~4]
但是,这种材料还没有发展出高承载结构,因此其模量和抗拉强度较低
碳纤维/铝复层材料能发挥碳纤维和铝基体的各自优点,在保持铝高韧性的同时使其力学性能强度提高
碳纤维的优异性能使其具有更高的比模量[5]、更好的抗冲击性[6,7]和更高的强度[8,9],因此可用于高承载结构[10,11]
大多数复合材料易碎,且通过损伤吸收能量而不是通过塑性应变吸收能量[12,13]
目前,对玻璃碳纤维/铝复层材料已经有较多的研究[4,14~17]
Dhaliwal等[18]研究了具有两种不同堆叠结构的碳纤维/铝复层材料的弯曲行为,并报告了宏观破坏行为
Nurhaniza等[19]利用铝和碳纤维布的新组合顺序研究了碳纤维/铝复层材料的典型弯曲性能
Osapiuk等[20]比较了不同纤维取向和铝厚度的玻璃碳纤维/铝复层材料和碳纤维/铝复层材料之间的失效行为
但是这些工作主要针对碳纤维/铝复层材料的三点弯曲性能、失效行为,使用粘结剂制备层状结构,纤维的排布方式为“横纵向”或“横纵斜向”,成本较高,且材料在服役过程中有明显的各向异性
镀镍碳纤维可提高碳纤维与金属的润湿性,反应时间短,在适当温度下保温70 min便可形成结合良好的界面层
镀镍碳纤维毡是具有镀镍层的碳纤维,可避免粘结剂的影响
碳纤维束沿不同方向随机分布,具有各向同性
鉴于此,本文将其与铝箔交替堆叠制备碳纤维/铝复层材料,观察和测定其微观组织,研究界面结构和碳纤维含量、铝层厚度对复层材料的密度、硬度、及抗弯性能的影响
1 实验方法1.1 实验用材料
实验用复层材料的基体为1060铝箔,其成分列于表1
纯铝箔的厚度分别为0.3 mm、0.2 mm、0.1 mm,密度为2.7 g/c
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2025年05月08日 ~ 10日 
