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三维编织Cf/Al复合材料具有质轻、高比强度、高比刚度、耐温性、结构稳定性、良好的耐蚀性、抗损伤性及抗冲击性等优点,同时三维编织结构克服了传统单向复合材料的各向异性,二维复合材料易分层开裂、层间剪切强度低、抗冲击性能差的问题,还因其生产成本低、结构可设计性、后续加工少的特点,因而在高新技术领域具有广阔的应用前景。真空气压浸渗法将材料制备与成形一体化,能直接制备出尺寸精确和形状复杂的构件,避免二次加工破坏纤维的连续性,大大缩短了加工周期,降低了生产成本,是一种先进的近净成形技术。因此,采用真空气压浸渗法实现高性能低成本Cf/Al复合材料的制备,对推动其工程应用具有重要意义。本文选用M40纤维为增强体材料,ZL301铝合金为基体合金,3D编织的纤维预制体选用了三维五向和三维正交两种编织结构,采用真空气压浸渗法制备了三维五向和三维正交Cf/Al复合材料,重点研究了530℃~590℃温度范围内纤维预制体预热温度对三维编织复合材料微观组织及力学性能的影响规律,并着重对比了两种三维编织结构Cf/Al复合材料微观组织和力学性能的差异。研究结果表明,在相同的浸渗工艺参数下,三维正交Cf/Al复合材料的气孔等微观组织缺陷较三维五向Cf/Al复合材料要少,但纤维团聚现象较三维五向Cf/Al复合材料明显。三维五向与三维正交Cf/Al复合材料中纤维团聚现象均随预制体预热温度的升高而逐渐减少,纤维分布也更趋于均匀,组织缺陷逐渐减少,其中,530℃和550℃预热温度下,三维五向Cf/Al复合材料组织缺陷主要为束间气孔及束内气孔,当预热温度提高到570℃以上,束内气孔大幅减少,组织缺陷主要为束间气孔;530℃和550℃预热温度下,三维正交Cf/Al复合材料中纤维团聚现象明显,而当预热温度提高到570℃以上,三维正交Cf/Al复合材料纵向和横截面中纤维分布较均匀,但平面形貌中始终存在一定的纤维团聚,各预热温度下,组织缺陷主要为束间气孔。拉伸试验结果表明,在相同的浸渗工艺参数下,三维五向Cf/Al复合材料的抗拉强度、弹性模量及泊松比均高于三维正交Cf/Al复合材料,但延伸率小于三维正交Cf/Al复合材料。随预制体预热温度的升高,三维五向和三维正交Cf/Al复合材料的抗拉强度、弹性模量均呈先增后减的趋势,其中,570℃预热温度下二者抗拉强度和弹性模量达到最大,抗拉强度分别为753MPa和644MPa,弹性模量分别为194GPa和150GPa;三维五向Cf/Al复合材料泊松比随预制体预热温度的升高逐渐增大,而三维正交Cf/Al复合材料的泊松比没有明显变化,且其泊松比的值很小,570℃预热温度下二者的泊松比分别为0.89和0.04;随预制体预热温度的升高,三维五向Cf/Al复合材料的延伸率先增后减,而三维正交Cf/Al复合材料的延伸率逐渐减小,570℃预热温度下二者的延伸率分别为5.91和7.18。弯曲试验结果表明,在相同的浸渗工艺参数下,三维五向Cf/Al复合材料的抗弯强度和弯曲模量均低于三维正交Cf/Al复合材料。随预制体预热温度的升高,三维五向Cf/Al复合材料的抗弯强度、弯曲模量均表现为先增后减的趋势,在570℃预热温度下达到最大值,分别为931MPa和134GPa;而三维正交Cf/Al复合材料的抗弯强度和弯曲模量均随预制体预热温度的升高逐渐降低,在530℃预热温度下达到最大值,分别为1171MPa和160GPa。三维五向Cf/Al复合材料拉伸断口参差不齐,纤维束朝多个方向分布,而三维正交Cf/Al复合材料拉伸断口相对较平整,垂直拉伸方向碳纤维束分布较多,二者均有纤维束拔出现象;三维五向Cf/Al复合材料弯曲断口纤维束朝着弯曲的方向倾斜,弯曲断裂后的纤维束参差不齐,而三维正交编织Cf/Al复合材料的弯曲断口没有发现纤维束有方向性倾斜的现象,且其弯曲断口形貌与拉伸断口形貌相似。三维五向、三维正交Cf/Al复合材料的拉伸破坏模式为拉伸断裂和剪切破坏,其中,纵向纤维束主要为拉伸断裂,而与拉伸方向成一定角度的纤维束断裂模式主要为剪切破坏;三维五向、三维正交Cf/Al复合材料的弯曲破坏模式为拉伸破坏和剪切破坏,内侧受压面主要是剪切破坏,外侧受拉面主要是拉伸破坏。