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兩種雙基體C/C復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能

發(fā)布時間:2021-10-24 01:10
  借助偏光顯微鏡、掃描電鏡以及力學(xué)性能測試研究了兩種雙基體C/C復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能。結(jié)果表明:基體碳在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)出熱解碳的光滑層組織,瀝青碳的各向同性、鑲嵌和流域組織。在SEM下普通瀝青碳為"葡萄狀"結(jié)構(gòu),中間相瀝青碳為片層條帶狀結(jié)構(gòu)。具有多層次界面結(jié)構(gòu)的材料可以提高材料的彎曲強(qiáng)度,改善材料的斷裂韌度,兩種材料在載荷-位移曲線中載荷為臺階式下降,呈現(xiàn)出假塑性斷裂特征。材料A和材料B的彎曲強(qiáng)度分別為206.68,243.66MPa,斷裂韌度分別為8.06,9.66MPa·m1/2,材料B的彎曲強(qiáng)度、斷裂韌度均優(yōu)于材料A。 

【文章來源】:材料工程. 2017,45(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】:5 頁

【部分圖文】:

兩種雙基體C/C復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能


圖1C/C復(fù)合材料的偏光組織結(jié)構(gòu)(a)材料A;(b)材料BFig.1PolarizedlightmicrographsofC/Ccomposites(a)materialA;(b)materialB

材料,復(fù)合材料,形貌


中由于受到空間條件等因素的影響,發(fā)生扭曲而形成“U”型、“V”型等結(jié)構(gòu),其內(nèi)部有分布較為規(guī)整的微裂紋,這是由于炭化時發(fā)生熱縮聚等化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致基體收縮而形成的,與纖維的界面部分結(jié)合較好(圖中單箭頭指示處),部分處有裂紋(圖中雙箭頭指示處),這種界面為“裂紋型”界面,結(jié)合強(qiáng)度適中,中間相瀝青碳/熱解碳的界面也屬于“裂紋型”界面,這種界面結(jié)構(gòu)和中間相瀝青碳的片層條帶狀結(jié)構(gòu)有利于改善材料的韌性。圖中兩種瀝青碳的含量有所不同,這是由于瀝青具有流動性,炭化時不受人為控制而形成的。圖2C/C復(fù)合材料的原始SEM形貌(a)材料A;(b)材料BFig.2SEMmicrographsofC/Ccomposites(a)materialA;(b)materialB2.2C/C復(fù)合材料的力學(xué)性能將材料A、材料B按照三點彎曲法和單邊缺口梁彎曲法的要求分別制備好10個試樣,測試其彎曲強(qiáng)度和斷裂韌度,測試數(shù)據(jù)見表1。對所測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散性分析,得到材料A,B的彎曲強(qiáng)度的平均值分別為206.68,243.66MPa,斷裂韌度的平均值分別為8.06,9.66MPa·m1/2。通過對兩種材料的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌度數(shù)據(jù)的方差、標(biāo)準(zhǔn)差和極差進(jìn)行比較,可以得知,材料B的兩種力學(xué)性能的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性均優(yōu)于材料A。圖3為兩種雙基體C/C復(fù)合材料測試彎曲強(qiáng)度的載荷-位移曲線?梢钥闯,材料在受到彎曲載荷時,在開始階段,載荷-位移曲線基本表現(xiàn)為線性的特征,材料A在載荷超過500N左右時,曲線表現(xiàn)為非線性的特征,載荷達(dá)到最大值后開始下降并且

位移曲線,位移曲線,復(fù)合材料,載荷


第45卷第8期兩種雙基體C/C復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能圖3C/C復(fù)合材料的載荷-位移曲線Fig.3Curvesofload-displacementofC/Ccomposites后也為臺階式下降。兩種材料的這種載荷-位移曲線,說明它們均有較好的韌性,材料B的韌性相對更好一些,均表現(xiàn)出假塑性破壞的斷裂特征。圖4為C/C復(fù)合材料測試彎曲強(qiáng)度后的斷口SEM形貌,從圖中可以看出,兩種材料的斷口SEM形貌均呈現(xiàn)出纖維層層推進(jìn)式的斷裂模式,與載荷-位移曲線中載荷呈臺階式下降相對應(yīng)。材料A斷裂后纖維單絲幾乎處于分散狀態(tài),而且纖維拔出相對較長,材料B斷裂后呈現(xiàn)出幾到十幾根纖維單絲黏結(jié)在一起,但斷口并不齊平,纖維單絲也是分層次的斷裂(圖中橢圓處),這些現(xiàn)象進(jìn)一步說明了材料的韌性較好,表現(xiàn)圖4C/C復(fù)合材料的斷口SEM形貌(a)材料A;(b)材料BFig.4SEMphotographsoffracturesurfaceofC/Ccomposites(a)materialA;(b)materialB出假塑性斷裂特征。分析認(rèn)為,C/C復(fù)合材料的力學(xué)性能由纖維、基體以及界面的綜合效應(yīng)決定,但其強(qiáng)度主要取決于碳纖維,材料A中纖維/基體界面處微裂紋較多,界面結(jié)合較弱,這種界面不能有效地將應(yīng)力傳遞給起支撐作用的纖維,致使材料的彎曲強(qiáng)度相對較低,材料B中纖維/基體界面結(jié)合強(qiáng)度適中,可以將應(yīng)力傳遞給纖維,其彎曲強(qiáng)度相對較高,如果界面結(jié)合較強(qiáng),纖維與基體一起斷裂,纖維起不到真正的支撐作用,反而使材料的強(qiáng)度降低。材料的韌性

【參考文獻(xiàn)】:
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本文編號:3454280

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