國產三維五向M55JCf/Al 復合材料的顯微組織和彎曲性能

金 樂, 蔡長春, 余 歡, 徐志鋒, 王振軍, 李 陽

（南昌航空大學 輕合金加工科學與技術國防重點學科實驗室, 南昌 330063）

隨著航空航天技術的發(fā)展，對材料性能的要求也越來越高。相對于傳統金屬材料，碳纖維金屬基復合材料具有密度低、抗拉強度高、彈性模量好等優(yōu)點備受關注[1]，在某些性能上超過陶瓷基復合材料和樹脂基復合材料，展現了廣闊的應用情景。然而半個世紀以來，高性能碳纖維等一系列技術一直被外國封鎖，導致我國航空航天領域所應用的大部分碳纖維還主要來依賴進口。高性能碳纖維關系到國家戰(zhàn)略安全，因此，研制高性能碳纖維和實現碳纖維國產化迫在眉睫[2-4]。

近十幾年來，我國在碳纖維產業(yè)關鍵性技術和產業(yè)化生產以及應用方面取得了突破性進展[5-7]。潘月秀等[8]對國產T800 碳纖維環(huán)氧樹脂基復合材料的壓縮性能進行了研究，結果發(fā)現隨著碳纖維直徑的增加，壓縮性能提升，但失效方式改變；張海燕等[9]研究了兩種T700 級Ⅰ、Ⅱ型國產纖維顯微組織和相應的樹脂基復合材料的基本力學性能，并且與日本東麗公司生產的T700 碳纖維進行了比較，發(fā)現國產Ⅰ型碳纖維相較于國產Ⅱ型的力學性能更穩(wěn)定，其彎曲和拉伸性能可以達到日本東麗T700 碳纖維的水平；李國麗等[10]發(fā)現室溫下國產T700 級碳纖維增強雙馬樹脂基復合材料比東麗T700S 增強雙馬樹脂基復合材料的界面黏結性能好、韌性更加優(yōu)異，沖擊后的壓縮強度可以跟外國先進復合材料IM7/5250-4 相媲美；張芳等[11]對國產CCF700-12K 碳纖維及復合材料的性能展開了研究，結果表明，該國產碳纖維及其復合材料有著良好的力學性能和熱性能，符合復合材料結構工程的應用標準；曹莉娟等[12]研究了由低溫碳化技術制備得到的低導熱聚丙烯晴（PAN）基碳纖維及其復合材料的性能，發(fā)現其復合材料的隔熱性能比常規(guī)的MT300 隔熱碳纖維復合材料的性能要優(yōu)越；李健芳等[13]研究了國產MT300-30K、JH300-3K 和東麗T300-3K 碳纖維及其環(huán)氧樹脂復合材料的界面性能，發(fā)現三者微觀形貌幾乎一致，而兩種國產碳纖維的宏觀彎曲性能及剪切性能都與東麗T300-3K 性能接近。喬偉靜等[14]研究了電化學氧化對國產聚丙烯晴（PAN）基M55J 碳纖維表面結構和化學結構的影響，結果發(fā)現電化學氧化可以提升碳纖維的拉伸強度。顧姝等[15]研究了國產纖維M55JCf/Al 復合材料的不同溫度拉伸性能，發(fā)現國產M55JCf/Al 復合材料拉伸性能優(yōu)異。但國產碳纖維的研究大部分都是對碳纖維樹脂基復合材料性能的研究，而對國產碳纖維金屬基復合材料的性能少有研究。

復合材料的彎曲性能是表征復合材料的力學性能及其重要的技術指標之一。蘭澤宇等[16]對疊層縫合結構M40JCf/Al 復合材料高溫下彎曲性能進行了研究，發(fā)現溫度上升，彎曲強度跟彎曲模量并未大幅度下降，其高溫穩(wěn)定性好；馮景鵬等[17]研究了三維正交M40JCf/Al 復合材料的彎曲性能，發(fā)現溫度對三維正交M40JCf/Al 復合材料的彎曲性能影響較大。國產三維編織結構Cf/Al 彎曲性能研究鮮見報道。國外較常用的東麗M40J 纖維對應國內的是國產M55J 纖維，這兩種纖維相關應用文獻報道也較少見，本工作以國產碳纖維M55J 所編織成的三維五向預制體為增強體材料，ZL301 鋁合金為基體，通過真空壓力浸滲法制備三維五向M55JCf/Al 復合材料，研究其微觀組織、室溫和350 ℃下的軸向彎曲性能，對不同溫度下的彎曲失效行為進行分析，并和相同條件下用日本東麗M40J 纖維制備的三維五向Cf/Al 復合材料的微觀組織和軸向彎曲性能[18]進行對比。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

選用中科院寧波研究所研制的M55J-3K 碳纖維為增強體材料，利用三維五向編織技術編織成體積分數約為50%三維五向結構的預制體，三維五向結構如圖1，織物結構是由一束母向不動紗和四束編織紗線所構成，每束編織紗與母向不動紗編織時都形成一定的角度。M55J 碳纖維性能參數見表1，基體選用ZL301 合金，其中Mg 元素的存在可以明顯改善鋁液與纖維之間的浸潤性能，還可抑制有害界面產物Al4C3相的生成。在相同條件下，基體選用ZL301 合金制備出的Cf/Al 復合材料相對于ZL102 合金、ZL114A 合金和ZL205 合金制備出Cf/Al 復合材料的拉伸強度分別提升86.47%、79.83%和49.74%[19]。ZL301 合金主要元素成分如表2，三維五向編織結構工藝預制體參數見表3。

表1 M55J 碳纖維性能的主要參數Table 1 Main performance parameters of M55J carbon fiber

表2 ZL301 合金化學成分 （質量分數/%）Table 2 Composition of ZL301 alloy（mass fraction/%）

表3 三維五向編織結構預制體參數Table 3 Preform parameters of three-dimensional five-directional structure

圖1 三維五向結構示意圖Fig. 1 Three-dimensional five-directional structure diagram

1.2 實驗方法

將三維五向編織預制體放入設計好的石墨模具，蓋上上板并夾緊，然后用不銹鋼板將模具焊接封裝，并在封裝好的模具下端中央焊接一根不銹鋼管作為導液管。封裝示意圖如圖2 所示。

圖2 石墨封裝實物圖Fig. 2 Physical drawing of graphite package

采用真空壓力浸滲法制備三維五向結構M55JCf/Al 復合材料。將切割好的ZL301 基體合金放入坩堝，等電阻爐升溫到690 ℃左右，將坩堝放入電阻爐中熔煉，在熔煉一段時間后，坩堝中加去精煉劑，除去雜質，然后將精煉鋁液和封裝好的模具分別放入真空壓力浸滲爐上下室中，關閉爐蓋，抽真空后充入氬氣，然后按照設定的溫度對爐內加熱，待爐內溫度達到設定溫度后，保溫一段時間，泄壓再抽真空，隨后升起坩堝，使導液管下端浸沒在熔融鋁液中，再往爐內輸送氮氣致使爐內氣壓達到8 MPa，在壓強的作用下，鋁液沖到模具內，鋁液與預制體相互結合，保壓20 min，確保充型完成，然后泄壓，冷卻至室溫，取出封裝件進行脫模，取出浸滲完成的三維五向結構復合材料試樣。真空壓力浸滲爐結構示意圖如圖3 所示。

圖3 真空壓力浸滲爐結構示意圖Fig. 3 Structure diagram of vacuum pressure infiltration equipment

1.3 性能測試與表征

參照國標GB/T1449—2005《纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》進行，按試樣標準利用線切割將試樣件加工成如圖4 所示的標準彎曲試樣，在彎曲測試之前，將試樣表面打磨并清洗油污，防止對測試結果造成影響。在Inspekt100 三點彎曲試驗機上進行三點彎曲實驗，計算得到復合材料的彎曲強度和彎曲模量，橫梁加載速率為1.5 mm/min。

圖4 三維五向M55JCf/Al 復合材料彎曲試樣尺寸Fig. 4 Size of the bending specimen of three-dimensional five-directional M55J Cf/Al composites

彎曲強度是試樣在彎曲負荷作用下斷裂時所能承受的最大應力，可根據式(1)計算得到：

式中：σf為彎曲強度，MPa；L為跨距，mm；P為試樣在彎曲負荷作用下斷裂所承受的最大應力，N；h為試樣厚度，mm； ω為試樣寬度，mm。

彎曲應變可根據式(2)計算得出：

式中εf為彎曲應變，mm/mm； ?δ為跨距中央撓度，mm。h、L跟式（1）相同。

彎曲模量是彎曲應力與彎曲形變之比，可以根據式(3)計算得出：

式中：Efc為彎曲模量； ?σ為彎曲應力增量； ?ε為彎曲應變增量。

在制備的國產M55JCf/Al 復合材料試樣件上取3 個尺寸為10 mm×10 mm×5 mm 的試樣，根據阿基米德排水法計算出致密度；采用Quanta2000掃描電子鏡(SEM)、D8ADANCE 型X 射線衍射分析儀以及INCA6650 能譜分析儀觀察復合材料的微觀形貌和物相。用光學顯微鏡(OM) 觀察彎曲失效處形貌。

2 實驗結果與分析

2.1 致密度與微觀組織

對于采用真空壓力浸滲法浸滲成型的Cf/Al 復合材料，致密度是影響Cf/Al 復合材料的力學性能重要因素之一，它能衡量復合材料試樣浸滲成型的好壞。而影響Cf/Al 復合材料致密度的因素主要有兩種：一是鋁液浸滲方向，二是纖維在排布過程中的交織點數量。三維五向Cf/Al 復合材料預制體需要編織成一個整體，纖維束在5 個方向相互交織纏繞形成很多個交織點，并且減少了纖維之間的縫隙，使鋁液與纖維相互結合變得困難，從而影響材料的致密度。用阿基米德排水法測得的致密度如表4 示，平均值是97.95%，其數值較高，說明浸滲效果良好。

表4 國產三維五向M55JCf/Al 復合材料的致密度Table 4 Densification of domestic three-dimensional five-directional M55J Cf/Al Composites

圖5 為三維五向M55JCf/Al 和三維五向M40JCf/Al 復合材料試樣實物圖，圖6 為三維五向M55JCf/Al復合材料的顯微組織。從圖6(a-1)和(a-2)可以看出浸滲完整，纖維與纖維之間完全被鋁液填充，纖維分布均勻，預制體結構保存完整，但從圖6(a-1)中可以觀察到纖維偏聚現象，這是因為三維五向結構的預制體在編織中每束編織紗和母向不動紗都形成一定的角度，沿軸向方向浸滲充型過程中，鋁液在高壓強的作用下沿軸向流動，并對與周向不動紗形成角度的編織紗沖擊，使部分紗線堆積在一起，形成纖維偏聚現象；圖6(a-2)可以在纖維偏聚處發(fā)現一些細小的微孔缺陷，缺陷所占比例為3%。原因是偏聚處的編織紗都相互堆積在一起，使其間的縫隙變小，鋁液在浸滲偏聚處的纖維絲時需要克服更大的阻力，并且熔融鋁液與碳纖維的濕潤性相對較差，從而易造成微孔缺陷。從圖6(b-1)和(b-2)可以看出軸向顯微組織缺陷相對較少，但存在個別“豌豆”狀纖維絲。因為鋁液是沿軸向浸滲，浸滲時軸向纖維并不會受到很大影響，因此軸向纖維組織缺陷相對少。對于個別的“豌豆”狀纖維絲，可能是由于基體合金與纖維的熱膨脹系數不一樣，在冷卻過程中，基體冷卻收縮受拉，纖維側受壓，產生較大殘余拉應力，易使復合材料中的纖維絲形狀變形，由原先的圓形狀變成“豌豆”狀。

圖5 兩種三維五向復合材料試樣實物圖 （a）M55JCf/Al；（b）M40JCf/AlFig. 5 Physical drawings of two kinds of three-dimensional five-directional composite samples （a）M55J Cf/Al ；（b）M40JCf/Al

圖6 三維五向M55JCf/Al 復合材料顯微組織 （a） 周向； （b）軸向； （1）低倍； （2）高倍Fig. 6 Microstructures of three-dimensional five-directional M55J Cf/Al composites （a） transversal; （b） longitudinal;（1） low magnification; （2） high magnification

圖7 為相同條件下制備的三維五向M40JCf/Al 復合材料的周向和軸向顯微組織，也存在偏聚現象和浸滲微孔缺陷。對比之下，國產三維五向M55JCf/Al 復合材料跟M40JCf/Al 復合材料的顯微組織無顯著差異。

圖7 三維五向M40JCf/Al 復合材料顯微組織 （a） 周向； （b）軸向； （1）低倍； （2）高倍Fig. 7 Microstructures of three-dimensional five-directional M40JCf/Al composites （ a） transversal; （ b） longitudinal;（1） low magnification; （2） high magnification

2.2 碳纖維浸滲前后的表面形貌及黏附物EDS 分析

圖8(a)和(b)分別為國產M55J 碳纖維浸滲前后的微觀形貌。從圖8(a)可以看出國產M55J 碳纖維原絲為棒狀型，表面光滑但有很多深淺不一的溝痕，這種深淺不一的溝痕有助于鋁液和纖維更加緊密的結合，使浸滲效果更佳，但這些溝痕在承受載荷時，容易成為應力集中點，當應力慢慢增大時，纖維首先在應力集中點遭到破壞從而達不到理想效果。用濃度為10%NaOH 溶液對國產M55JCf/Al 復合材料試樣腐蝕，再提取纖維絲，用丙酮清洗干凈并晾干，再用掃描電子顯微鏡觀察浸滲后的纖維絲原貌。圖8(b)是浸滲后國產M55JCf/Al 復合材料的纖維絲形貌，對比未浸滲的纖維絲原貌，浸滲后的纖維絲表面變得粗糙且表面有黏附物，黏附物大部分都處于溝痕處，側面證明了溝痕使鋁液與纖維結合更加緊密?；w與碳纖維之間的界面結合強度為5～10 MPa。

圖8 國產M55J 碳纖維浸滲前后表面形貌 （a） 浸滲前； （b）浸滲后Fig. 8 Surface morphologies of domestic M55J carbon fiber before and after impregnation （ a） before impregnation;（b）after impregnation

為了探究浸滲后國產三維五向M55J 纖維上的黏附物元素組成，對黏附物進行EDS 能譜分析。圖9 為浸滲后M55J 纖維表面的黏附物和EDS能譜圖。從EDS 能譜圖中可以看出黏附物的元素組成成分主要是C 元素，但存在一定量的Mg、Al、Si 元素。說明在鋁液與纖維接觸時發(fā)生了反應，生成相對應的產物。

圖9 浸滲后M55J 纖維分析 （a）測試點； （b） EDS 分析Fig. 9 Analysis of M55J fiber after infiltration （a） test point; （b） EDS analysis

進一步探究基體合金與纖維反應生成物，對制備的國產M55JCf/Al 復合材料進行X 射線衍射（XRD），分析其衍射圖譜。圖10 為M55JCf/Al 復合材料XRD 圖譜和成分比例餅狀圖。從圖10 可以看出，Al、C 相衍射峰較高，分別占58.7%和34.5%，而新生成的Al4C3、Al3Mg2相的衍射峰較低，含量較少，分別占4.5%、2.3%。Al4C3相的生成進一步證實了鋁液與纖維在結合時發(fā)生了界面反應。Al4C3相是一種脆性相，非常容易發(fā)生水解，發(fā)生如下反應（式（4）、（5）），影響復合材料的界面性能，從而影響復合材料的力學性能和物理性能。因此要得到高性能的國產三維五向M55JCf/Al 復合材料，需要在增加濕潤性時，同時抑制界面上Al4C3相的形成。Mg 元素在改善鋁液與纖維之間濕潤性的同時，也可以抑制Al4C3的生成。本實驗選用的基體合金是Al-Mg 系鑄造合金，可以提高Cf/Al 復合材料的力學性能。

圖10 三維五向M55JCf/Al 復合材料組織分析 （a） XRD 圖譜； （b）成分比例餅狀圖Fig. 10 Microstructure analysis of three-dimensional five directional M55JCf/Al composites （a） XRD pattern; （b） composition scale pie chart

2.3 復合材料不同溫度下彎曲性能

圖11 為兩種復合材料室溫下和350 ℃下的軸向彎曲強度和彎曲模量。從圖11（a）可以看出，國產三維五向M55JCf/Al 復合材料在室溫下和350 ℃下的彎曲強度分別是505 MPa、335 MPa，彎曲模量分別是158 GPa、138 GPa。350 ℃下的彎曲強度相對于室溫下降了33.7%，彎曲模量下降了12.7%。隨著溫度的升高，國產三維五向M55JCf/Al 復合材料的彎曲強度和彎曲模量均下降，但彎曲強度下降幅度較大。由圖11（b）看出[18]，三維五向M40JCf/Al復合材料在室溫和350 ℃下的彎曲強度以及彎曲模量，分別為401 MPa、266 MPa 和137 GPa、117 GPa。對比兩種復合材料彎曲性能數據，國產三維五向M55JCf/Al 復合材料彎曲性能更優(yōu)異。說明國產M55J 碳纖維編織得到預制體的增強效果在彎曲性能方面優(yōu)于日本東麗公司M40J 纖維。

圖11 兩種三維五向復合材料的軸向彎曲性能 （a）M55JCf/Al；（b）M40JCf/Al[18]Fig. 11 Axial bending properties of two kinds of three-dimensional five-directional composites （a）M55JCf/Al；（b）M40JCf/Al[18]

三維五向M55JCf/Al 復合材料彎曲過程中，中間層外側受到拉伸載荷作用，而中間內側則受到壓縮載荷作用，因此彎曲測試一定程度上也能看出M55JCf/Al 復合材料受到壓縮載荷時的表現。由于制備出的三維五向M55JCf/Al 復合材料試樣存在界面反應和微孔缺陷，在350 ℃下，ZL301 基體合金的軟化導致界面結合變弱且微觀缺陷對復合材料的影響被放大，并且復合材料的內側面受到壓縮載荷，使碳纖維與基體的界面容易產生彎曲變形，導致界面處出現裂紋，裂紋迅速擴散導致復合材料更早失效，因此彎曲性能下降。此外由于三維五向編織結構母向不動紗周圍存在四個方向的周向編織紗，這就導致在彎曲過程中內側面彎曲處的編織紗線會相互擠壓。隨著溫度升高到350 ℃，ZL301基體合金開始逐漸軟化，基體對纖維的束縛減小，基體與纖維在界面處的結合力下降，使編織紗受到的擠壓作用增大，而且高溫下基體側殘余應力的減小對受壓面基體承載不利，進一步導致彎曲性能下降。

2.4 復合材料彎曲失效行為

圖12 是國產三維五向M55JCf/Al 復合材料在室溫下和350 ℃下彎曲失效處的形貌?？梢詮膱D12(a-1)～(a-3)中可以看出，基體與纖維結合處破壞，并且試樣外側面出現小裂縫。圖12(b-1)～(b-3)可以觀察到試樣內側面出現“鼓包”并且開裂，纖維裸露，試樣外側面出現一道橫穿試樣的裂縫，基體與纖維結合處破壞更加明顯。由此可見三維五向M55JCf/Al 復合材料室溫的彎曲性能優(yōu)于高溫。在三維五向M55JCf/Al 復合材料彎曲過程中，試樣內側面受壓應力，外側面受拉應力，由于在浸滲充型過程中三維五向M55JCf/Al 復合材料內部存在浸滲微孔缺陷和纖維偏聚現象，試樣外側面受拉過程中，內部微孔在拉應力的作用下逐漸擴展延伸變成裂縫。彎曲過程中軸向紗相當于受到垂直載荷的作用，軸向紗出現彎曲，隨著載荷的持續(xù)增大，彎曲程度也加劇，由于碳纖維耐拉不耐壓的特點也易使表面產生裂縫。試樣內側面由于受到壓應力的作用，受壓處的基體合金會產生應力集中，導致受壓處的基體合金受到擠壓，并且內部纖維也會相互擠壓，隨著載荷的持續(xù)增大，受壓處的基體合金和纖維擠壓程度越來越大，最終導致受壓處復合材料出現“鼓包”（團簇）現象。在350 ℃下，ZL301 合金基體軟化，基體對纖維的束縛減小，基體合金不能有效地將彎曲載荷傳遞給纖維，使基體承受較大的彎曲載荷，容易造成基體開裂。并且纖維束之間的擠壓作用增大，試樣內側受壓面也出現裂縫。在彎曲過程中，基體與編織紗的結合處易出現明顯裂紋。基體與纖維之間的界面結合強度對復合材料彎曲變形的影響較大。

圖12 國產三維五向M55JCf/Al 復合材料彎曲失效處的形貌 （a） 室溫； （b）350 ℃；（1）基體與纖維脫粘；（2）鼓泡；（3）開裂Fig. 12 Morphologies of bending failure of three-dimensional five-directional M55JCf/Al composites （a） room temperature;（b） 350 ℃；（1）fiber-matrix bond failure；（2）bulging；（3）cracking

圖13 是三維五向M40JCf/Al 復合材料在室溫和350 ℃下彎曲失效處的形貌，從圖13(a-1)～(a-3)中可以看出室溫下的M40JCf/Al 復合材料發(fā)生了試樣內側面“鼓包”開裂與外側面開裂。由圖13(b-1)～(b-3)看出，350 ℃下的M40JCf/Al復合材料中央處出現也出現“鼓包”（團簇）現象、基體與纖維結合處破壞，基體表面開裂，還有一道貫穿試樣的明顯大裂縫。室溫與350 ℃下的三維五向M40JCf/Al 復合材料試樣破壞機理與三維五向M55JCf/Al 復合材料相同。兩種復合材料在室溫下和350℃下彎曲表現對比，明顯看出國產三維五向M55JCf/Al 復合材料的彎曲性能比東麗三維五向M40JCf/Al 復合材料彎曲性能優(yōu)異。

圖13 三維五向M40JCf/Al 復合材料彎曲失效處的形貌 （a） 室溫； （b）350 ℃；（1）基體與纖維脫粘；（2）鼓泡；（3）開裂Fig. 13 Morphologies of bending failure of three-dimensional five-directional M40JCf/Al composites （a） room temperature;（b） 350 ℃；（1）fiber-matrix bond failure；（2）bulging；（3）cracking

圖14 為兩種三維五向復合材料室溫和350 的彎曲載荷-位移曲線圖。從圖14（a）可以看出，三維五向M55JCf/Al 復合材料初始階段曲線呈現出線性特征，復合材料處于彈性變形階段，撓度-載荷曲線呈直線上升趨勢，且室溫較高溫更加明顯，其載荷增量大而位移增量少，復合材料均在較小的位移量時即發(fā)生失效。在室溫下，曲線達到最大載荷后開始下降，輕微卸載后，發(fā)生了線彈性變化，曲線又出現小段上升過程（圖14(a-1)）。發(fā)生輕微卸載的原因是微孔缺陷對界面載荷傳遞造成影響。曲線呈非線性特征，此時復合材料處于彈性變形和塑性變形并存階段。最后再緩慢卸載直至失效。其彎曲破壞行為與塑性材料相似即“假塑性效應”特征，存在二次承載面，但350 ℃下沒有發(fā)生此現象，復合材料在達到極限載荷后即開始緩慢卸載，這與高溫下復合材料內部損傷積累較快有關，復合材料較早發(fā)生嚴重損傷。

圖14 兩種三維五向復合材料的軸向彎曲載荷-位移曲線 （a） M55JCf/Al； （b） M40JCf/Al[18] ；（1）室溫；（2）350 ℃Fig. 14 Axial bending load-displacement curves of two kinds of three-dimensional five-directional composites （a） M55JCf/Al；（b） M40JCf/Al[18] ；（1）room temperature；（2）350 ℃

圖14（b）[18]為三維五向M40JCf/Al 復合材料的室溫和350 ℃下軸向彎曲載荷-位移曲線圖，跟三維五向M55JCf/Al 復合材料的彎曲載荷-位移曲線圖對比，兩者室溫和350 ℃下的軸向彎曲載荷-位移曲線變化趨勢相同，但350 ℃下兩者的載荷-位移圖有一定區(qū)別，三維五向M55JCf/Al 復合材料試樣數據曲線密集，而三維五向M40JCf/Al 復合材料試樣曲線較分散，其中試樣2 數據曲線遠離試樣1、3 曲線，原因可能是三維五向M40JCf/Al 復合材料試樣2 內部組織缺陷較少，彎曲性能較好，彎曲強度高，所能承受的最大載荷大于試樣1、3。三維五向M55JCf/Al 復合材料能承受的最大彎曲載荷約為1175 N，而M40JCf/Al 復合材料能承受的最大彎曲載荷僅650 N。曲線都達到最大載荷后開始下降，出現輕微的卸載后又上升（圖14(a-1)和 (b-1)），最后卸載至失效。而350 ℃下，三維五向M55JCf/Al 復合材料和M40JCf/Al 復合材料所能承受的最大彎曲載荷下降，分別約為750 N 和425 N。曲線都達到最大載荷后直接卸載至失效。進一步證明了三維五向M55JCf/Al 復合材料彎曲性能優(yōu)于三維五向M40JCf/Al 復合材料。

3 結論

（1）采用真空壓力浸滲法制備的三維五向M55JCf/Al 復合材料浸滲良好，致密度為97.95%，無明顯微觀缺陷，周向纖維微觀組織的缺陷比軸向多；浸滲后的纖維表面粗糙并有黏附物，界面生成Al4C3脆性相。其微觀組織跟三維五向M40JCf/Al復合材料微觀組織沒有明顯差異。

（2）國產三維五向M55JCf/Al 復合材料在室溫和 350 ℃下的彎曲強度分別為505 MPa 和335 MPa，彎曲模量分別為158 GPa 和138 GPa。其彎曲性能優(yōu)于三維五向M40JCf/Al 復合材料。

（3）國產三維五向M55JCf/Al 復合材料在彎曲過程中內側受壓面出現基體“鼓包”（團簇）現象，外側受拉面基體開裂，材料失效時均未出現斷裂，基體與纖維結合處出現裂縫。彎曲過程中的表現要比三維五向M40JCf/Al 復合材料優(yōu)異。

（4）國產三維五向M55JCf/Al 復合材料在彎曲初始階段表現出線彈性特征且室溫較高溫明顯，達到彎曲極限后呈現出緩慢卸載現象，存在二次承載面。室溫與高溫下，三維五向M55JCf/Al 復合材料彎曲載荷-位移曲線變化趨勢跟M40JCf/Al 復合材料相同，但其所能承受的最大彎曲載荷比M40JCf/Al復合材料高。