本文借助超声振荡器首先制备了短碳纤维预制体,然后再与铝硅酸盐聚合物配合料复合的方式成功制备了不同长度、含量的二维短碳纤维强韧的铝硅酸盐聚合物基复合材料。此外通过纤维表面化学镀Ni-P涂层、添加α-Al2O3p或对复合材料进行高温处理的方式制备了不同界面状态以及基体材料性质的复合材料。采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和环境扫描显微镜(ESEM)等分析手段,以及三点弯曲力学性能测试等方法对纤维长度、含量、纤维表面涂层厚度、α-Al2O3p含量和处理温度等对复合材料的力学性能以及断裂行为的影响进行了系统的研究,探讨了复合材料的强韧化原理及断裂机制,并建立了复合材料弯曲过程中的裂纹萌生与扩展模型,同时对复合材料的力学性能、断裂行为进行了预估。研究表明,所制备的二维短碳纤维增强的铝硅酸盐聚合物基复合材料中,纤维没有损伤,纤维在复合材料中呈二维层铺分布且分布均匀。与铝硅酸盐聚合物基体材料相比,采用纤维强韧化复合材料的力学性能有了质的提高,特别是纤维含量为3.5vol.%,长度为7mm的复合材料其弯曲强度、断裂韧性与断裂功相比基体材料分别提高了4.4倍、10.6倍和118倍。随着纤维含量的提高,复合材料的抗弯强度在纤维含量为4.5vol.%时达到最大值,然后逐步下降。三点弯曲测试过程中对试样侧面裂纹萌生与扩展原位观察并与载荷-位移曲线对照发现:复合材料在测试初始阶段表现出典型的弹性变形特征;随着复合材料拉伸面萌生大量的微裂纹并随着载荷的增加均匀扩展,复合材料的模量下降但仍旧呈现近似的弹性变化,这对纤维含量为3.5vol.%、长度为7mm和12mm的复合材料以及纤维含量为4.5vol.%、长度为7mm的复合材料表现的尤为明显;当达到最大载荷时,复合材料主裂纹扩展,与此同时次生裂纹处应力出现下降,裂纹出现一定程度的闭合;随着主裂纹的继续扩展复合材料呈现出一种非弹性,非灾难性的断裂行为。随着纤维表面镀Ni-P涂层厚度的增加,复合材料的抗弯强度及弹性模量均呈现先增加后减小的趋势,在纤维含量为3.0vol.%,涂层厚度为0.15μm时分别达到最大值为55.2MPa和5.4GPa。通过在铝硅酸盐聚合物材料中弥散掺入α-Al2O3p可以有效的提高其弹性模量、抗弯强度以及断裂韧性。Csf与α-Al2O3p同时引入共同强韧铝硅酸盐聚合物基复合材料的效果反而弱于纤维单独强韧的复合材料,并且随着α-Al2O3p含量的增加其强韧的效果变得更弱。高温处理后铝硅酸盐聚合物基复合材料的收缩率随着Csf与α-Al2O3p掺入量的增加逐步减小。Csf与α-Al2O3p不参与铝硅酸盐聚合物的聚合反应,对高温处理后材料的晶化产物没有影响。铝硅酸盐聚合物材料高温晶化后的产物是白榴石相。复合材料中引入Csf或α-Al2O3p后提高了聚合物材料的晶化温度,特别对于Csf与Al2O3p共同强化的复合材料更为明显。依据传统复合材料强度理论,考虑了纤维取向、长度以及复合材料内部孔隙的影响对本文复合材料体系的抗弯强度以及弹性模量进行了预估。预测结果表明,理论预估强度与实际强度误差不大,相对误差为-12.9~4.6%,而理论预测的弹性模量值与实测值具有很好的匹配性,相对误差只有-2.9~-1.5%。综上所述,纤维强韧铝硅酸盐聚合物基复合材料的力学性能与断裂行为不仅与短纤维长度、含量相关,而且受纤维与基体材料界面结合强度、纤维与基体的模量、微裂纹分布等因素的影响。纤维与基体结合强度增加虽然能在一定程度上提高复合材料的强度但结合强度过高将导致复合材料的断裂功减小,甚至呈现灾难性的破坏。复合材料较低的弹性模量,适当的纤维与基体间的界面结合有利于断裂过程中复合材料产生大量的次生裂纹,大大的提高复合材料的应用可靠性。