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Cf/Al复合材料密度低,比强度和比刚度高,是制作空间飞行器的主要备选材料。高温环境和热循环环境是这些飞行器在使用过程中将要面临的主要工作环境。尽管Cf/Al复合材料在室温下具有优异的力学性能,但在高温下金属基体的软化温度较低会导致复合材料的过早失效。因此,为了提高飞行器的使用可靠性,提高Cf/Al复合材料的高温强度是需要解决的关键问题。此外,由于碳纤维和铝基体之间存在较大的热膨胀系数不匹配,在热循环过程中复合材料的界面不可避免的会出现损伤,因此热循环后Cf/Al复合材料力学性能的保有率和尺寸的稳定与否也是其在使用前需要考察的重要指标。本文通过压力浸渗法制备了基体合金成分不同的3种Cf/Al复合材料。微观组织观察表明,Cf/pure Al复合材料和Cf/Al-Mg复合材料的主要界面相分别是Al4C3和Al58Mg42。在Cf/Al-Fe-Mg-Si复合材料中发现了一种新型富Fe的多元析出相,通过TEM衍射斑点标定和XRD确定了这种新相的晶体结构为体心立方结构,晶格常数为1.39 nm。通过Chou模型将Miedema二元热力学模型推广到四元,并对Al-Fe-Mg-Si四元合金中可能析出的几种第二相的反应Gibbs自由能进行了计算,表明Cf/Al-Fe-Mg-Si复合材料中富Fe多元相的形成满足热力学条件。研究了微观组织结构对Cf/Al复合材料室温及高温力学性能的影响。结果表明,随着基体合金中Mg元素含量的增加,复合材料界面生成的Al4C3数量减少,尺寸减小,复合材料的室温抗弯强度升高。然而,由于Al Mg二元相高温稳定性差,导致Cf/Al-Mg复合材料300℃时的抗弯强度仅为室温时的70%左右。富Fe多元相对位错运动有较强的阻碍作用,并具有良好的高温结构稳定性,因此Cf/Al-Fe-Mg-Si复合材料在400℃时仍能保持882 MPa的抗弯强度。研究了400℃热暴露对Cf/Al-Fe-Mg-Si复合材料力学性能的影响规律。结果显示,复合材料热暴露100小时后的抗弯强度为热暴露前的92%。通过Arrhenius公式计算了热暴露温度下复合材料基体中溶质原子的扩散速率。结果表明,在本文所使用的热暴露温度下,Fe、Mn和Cr在Al中的扩散系数分别为8.88×10-18、5.18×10-19和4.7×10-21。Fe、Mn、Cr原子在Al中的扩散速率较低导致富Fe多元相粗化缓慢,是复合材料在热暴露后强度保有率较高的原因。根据Orowan理论对热暴露后Cf/Al-Fe-Mg-Si复合材料布氏硬度的变化做出了解释。热循环初期,富Fe多元相的体积分数增加导致复合材料布氏硬度升高。随着热暴露时间的增加,富Fe多元相粗化导致复合材料的布氏硬度略有降低。研究了20~400℃热循环对Cf/Al-Fe-Mg-Si复合材料力学性能的影响。结果显示,复合材料的抗弯强度随热循环次数的增加先上升后降低,损伤形式由界面脱粘向界面滑移转变。分析认为,复合材料热循环后界面弱化,裂纹偏转机制导致抗弯强度提升,而层间剪切强度下降导致抗弯强度下降。对热循环条件下Cf/Al-Fe-Mg-Si复合材料的热膨胀行为进行了研究。结果表明,复合材料在热循环过程中存在明显的应变滞后,并在热循环结束后有一个较大的压缩残余塑性变形。根据加热和冷却过程中复合材料基体中热应力的变化历程对应变滞后与残余塑性应变产生的原因做出了解释。应变滞后与残余塑性变形的程度与基体中初始应力的大小有关。通过退火热处理使基体中的初始残余应力程度降低后,复合材料在热循环后的残余塑性变形明显减小。