粉末冶金法制备短碳纤维增强铁基结构材料的组织与性能

作者：汪家瑜; 方华婵^*; 张芊芊; 段志英; 方舟; 张茁; 陈卓; 许永祥; 任子安

来源：粉末冶金材料科学与工程, 2023, 1-14.

DOI：10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023047

• Fe-Cu-C
• 短碳纤维
• 收缩率
• 活性
• 力学性能
• 尺寸变化

本文以Fe作为基体，分别以长度约为20 μm的微米短碳纤维(micron short carbon fibers， MCsf)和粒径为1～4 μm的碳纤维颗粒(carbon fiber particles， Cfp)作为增强体，采用粉末冶金法制备MCsf/Fe复合材料和Cfp/Fe复合材料，同时以平均粒度为10 μm天然石墨(natural graphite， NG)作为增强体制备NG/Fe复合材料进行对比。研究微米短碳纤维、碳纤维颗粒对复合材料显微组织、物理性能、力学性能和尺寸变化的影响。结果表明：碳纤维颗粒的活性远高于石墨和脱胶短碳纤维(degummed short carbon fibers， DCsf)，800 ℃时的最大质量损失率为石墨的3.75倍，脱胶短碳纤维的16.6倍。与NG/Fe和MCsf/Fe复合材料相比，Cfp/Fe复合材料在烧结过程中的尺寸稳定性大幅提高，最大径向膨胀率和收缩率分别为0.39%和0.14%；Cfp/Fe复合材料的强度和韧性大幅提高，密度、抗弯强度、剪切强度和抗拉强度分别为6.91 g/cm3、736.9 MPa、205.7 MPa和334.8 MPa，伸长率达到10.5%，材料的断裂模式由脆性沿晶断裂向完全韧窝型断裂转变。

• 单位
  粉末冶金国家重点实验室; 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司; 中南大学