碳纤维增强铅基复合材料的断裂分析

本文旨在通过碳纤维增强铅基复合材料的断裂过程分析,探索软金属基体经纤维增强后其复合材料的断裂行为。作者选择了纯Pb、Pb-Sn10％、Pb-Sn5％-Sb17％三种不同成份的合金作为基体制成复合材料,拉断后对断口进行了宏观和扫描电镜观察,结果表明:基体本身的机械性能、纤维与基体间界面的结合强弱及纤维在基体中分布均匀程度均影响铅基复合材料的断裂过程,从而影响复合材料的拉伸强度。因此文章指出,软金属基复合材料欲获得高的断裂强度,应选择强韧性有一定配合的基体,并具有适当的基体与纤维的界面结合强度,纤维在基体中的均匀分布也应设法保证。     

航空刹车用C/C复合材料断口分析

利用SEM断口形貌分析了现役航空刹车用C/C复合材料的结构和界面结合状况,探讨了其断裂机理,分析了化学气相沉积炭的沉积机理.结果表明:C/C复合材料的断裂以"弱界面断裂"为主.裂纹优先在基体炭、炭布层间或长纤维束和短纤维间的弱界面等薄弱环节处产生.当裂纹尖端扩展到基体炭中的微裂纹处时,裂纹扩展转向;当裂纹扩展到纤维时,取道纤维与基体炭间弱界面层向前扩展,纤维经历与基体炭脱粘、弯曲、拔出、断裂等过程,导致整个材料断裂.航空刹车用C/C复合材料中的CVD炭以粗糙层状结构为主,CVD过程包括碳氢气体热解、成核、炭化、沉积生长等过程,其中,成核以物理成核为主.图2,表1,参16.     

温度对碳纳米管纤维/环氧树脂界面剪切强度的影响

碳纳米管纤维具有优异的力学、电学和热学性能,是未来高性能多功能树脂基复合材料的理想增强材料.采用微滴包埋实验方法,结合光学显微镜和扫描电子显微镜等表征手段,研究环境温度对碳纳米管纤维/环氧树脂基体间界面剪切强度的影响,并对其机理进行分析.实验结果表明,在室温至140?C环境温度范围内,界面剪切强度随着温度的升高而明显降低.主要原因是:环氧树脂和碳纳米管纤维的热膨胀系数存在较大差异,环境温度升高时界面处发生热失配;高温下树脂基体软化,与纤维的结合力变弱.研究结果对碳纳米管纤维复合材料设计具有重要的指导意义.     

不同烧结温度时的陶瓷基复合材料界面和性能

制备了轴承内圆精密磨削用陶瓷基立方氮化硼(cBN)复合材料.利用扫描电子显微镜和电子探针研究了复合材料的微观组织结构、界面成分分布,并用轴承内圆磨床测试了磨削性能.结果表明:随着烧结温度升高,复合材料界面成分扩散深度缓慢增加,烧结温度从700℃升高到800℃,扩散层厚度从大约3μm增加到6μm左右;界面强度增加速度大于陶瓷基体材料强度增加速度;当烧结温度为750℃时,复合材料界面结合强度与陶瓷基体材料强度相匹配,磨削时复合材料进给量达到8μm/r,磨耗体积比达到310~370,具有良好的锋利度和耐磨性能,磨削后的复合材料能观察到cBN磨损、破裂、脱落和陶瓷基材桥断裂的痕迹.     

基于界面改性的碳纳米管水泥基复合材料力学性能

针对碳纳米管水泥基复合材料中碳纳米管与水泥基体界面结合弱的技术问题,以聚乙烯醇和聚丙烯酰胺分别作为界面桥连剂,探究桥连剂通过强化碳纳米管与水泥基体间的界面对碳纳米管水泥基复合材料力学性能的增强效果;利用阿拉伯树胶作为碳纳米管的水性分散剂,采用普通和表面带有羧基的2种碳纳米管制备5组不同碳纳米管掺量的水泥基复合材料,对其进行了不同龄期的抗压、抗折强度测试,并利用扫描电子显微镜(SEM)在断口处对碳纳米管与水泥基体界面区进行了微结构分析。结果表明:采用羧基碳纳米管并掺入桥连剂的水泥基复合材料力学强度得到最大提升,相较于配合比相同但未加入碳纳米管的基准组,加入桥连剂的羧基碳纳米管水泥基复合材料28 d抗折、抗压强度分别提升了47.4%和22.7%,仅加入羧基碳纳米管的水泥基复合材料则提高了15.4%和8.84%;SEM测试发现加入桥连剂的碳纳米管水泥基复合材料破坏断口处碳纳米管与水泥基体连接处结构密实,未加入桥连剂试件断口处碳纳米管被完全拔出,说明桥连剂改善了碳纳米管与水泥基体间界面结合,使二者近似成为一个整体进行受力,增强了碳纳米管的拔出效应,水泥基体断裂时碳纳米管拔出吸收了更多的破坏能,显著改善了水泥基复合材料的宏观力学性能。     

含LaPO4 界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基透波复合材料的制备和性能研究

氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料具有力学性能好、高温抗氧化、耐腐蚀、介电性能优异等特点,可用做于天线罩耐高温透波功能材料。以氧化铝纤维为增强体,以氧化铝浆料、莫来石溶胶为基体,磷酸镧作为界面层材料,制备出了氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料,并对复合材料在室温以及1 200℃的拉伸强度进行表征,同时通过扫描电镜观察其破坏规律。结果表明:引入LaPO4 界面相的复合材料,室温下的拉伸强度为148.3 MPa,1 200 ℃下的拉伸强度为129.6 MPa, 与无界面相复合材料拉伸强度相比分别提高了20.1%和24.9%。无界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料断口平整,呈现脆性断裂,存在LaPO4 界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料断口有大量纤维拔出,表现出韧性断裂特征。含有LaPO4 界面的复合材料在10 GHz、常温下介电常数均值为5.77,介电损耗为0.001 8。在1 300 ℃下材料的介电常数均值为6.18,介电损耗为0.002 0。相对于常温条件,介电常数和介电损耗的变化率分别为7.10%和11.1%,满足变化率小于15%的要求,有望用于透波复合材料领域。     

平纹叠层SiC/SiC复合材料室温和高温拉伸行为与破坏机理

通过单向拉伸试验,对比研究平纹叠层SiC/SiC复合材料在室温和高温(1 200℃)环境下的宏观力学特性,并采用扫描电镜对试验件断口进行观测,以分析其微观损伤模式和破坏机理.结果表明:平纹叠层SiC/SiC复合材料的室温和高温拉伸应力-应变行为均表现为非线性特征,具有较高的轴向拉伸基体开裂应力;两者拉伸强度相差不大,但高温下的断裂应变比室温下的高.从宏观断口分析可知,两者均呈现韧性断裂,但纤维拔出长度和断口平齐程度有所不同.材料内部产生的基体裂纹大部分与加载方向垂直;断面上经向纤维束发生纵向拉伸断裂破坏,内部存在严重的界面脱粘损伤以及纬向纤维束发生轴向劈裂破坏是材料在室温和高温下的拉伸破坏机理.高温下由于纤维与基体间的界面层在一定程度上被高温氧化而退化失效,使界面结合变弱和界面滑移力降低,从而产生较长的纤维拔出长度,所以高温下材料具有较高的断裂韧性.     

聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料的抗盐冻性能

通过氯盐环境中的快速冻融试验研究了纤维体积率、冻融循环次数、粉煤灰、硅粉对聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基复合材料抗盐冻性能的影响。通过扫描电镜观察内部微观结构随盐冻作用的变化规律、PVA纤维在水泥基体中分布情况和界面结合状况。试验结果表明:PVA纤维的掺入可明显改善水泥基复合材料的抗盐冻性能;PVA纤维在基体中分散性较好,且与水泥基体界面结合状况较好;而粉煤灰、硅粉的掺入未明显改善PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能。     

钢丝网增强混凝土中基体性能与增强效果的关系

为了提高钢丝网增强混凝土基复合材料的增强效果,通过断裂力学理论分析可知,改进基体材料和增强材料间的界面粘结性能,获得较大的界面粘结强度是提高增强效果的途径之一.选择了不同标号的混凝土基体材料,通过钢丝网增强后,开展了复合材料的抗压、抗弯和抗劈拉等常规静态力学性能试验,比较了复合材料中基体材料性能对增强效果的影响.结果显示,在相同的增强模式,随着混凝土标号的提高,基体材料和纤维间的界面粘接性能得到了改善,更有利于发挥钢丝的桥接作用,有利于充分利用钢丝网的力学性能,从而使得复合材料的抗压、抗弯和抗劈拉强度与基体材料相比, 最大提高率分别可达87.5%、88%和150%.     

伴随纤维断裂的界面分离能的研究

考虑到Poisson效应和分离界面上摩擦应力的作用，建立了伴随纤维断裂时分离界面摩擦滑移的弹性应力传递模型，分别获得了纤维和基体界面分离和结合区域内的弹性应力解.基于能量平衡，推导出纤维断裂后界面分离需要克服的界面分离能的表达式.就SiC纤维增强复合材料对影响界面分离能的多种因素作参数化的数值计算，且结果和shear-lag结果作比较.结果表明，Poisson效应、剪切效应和摩擦应力能增大界面分离能值，抑制界面分离；而纤维断裂减小了界面分离能值，加速了界面分离.     

碳纤维增强镁合金层合板拉伸性能和层间断裂韧性

玻璃纤维增强铝金属层合板,已广泛应用于航空、航天等领域。现采用密度更小的镁合金板取代铝合金板,并用抗拉强度更高、弹性模量更大的碳纤维来代替玻璃纤维,会得到一种新型的复合材料——碳纤维增强镁合金层合板。通过对不同纤维/树脂复合材料体积比的碳纤维增强镁合金层合板进行拉伸以及单悬臂梁试验,分别得到其强度、刚度及界面断裂韧性等机械性能。并与工程实际中广泛使用的玻璃纤维增强铝合金层合板进行比较。结果表明,碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高的比强度、比刚度以及界面断裂韧性。碳纤维增强镁合金层合板是一种非常有前途的新型复合材料。     

纤维增强砂浆的断裂韧度K_(1C)试验研究

利用柔度法测定了不同龄期、不同配方下纤维增强砂浆试样的断裂韧度 KIC,得到了掺入纤维可使材料韧性增强的结论。     

用随机骨料模型数值模拟混凝土材料的断裂

将混凝土看作由水泥砂浆、骨料及二者间的粘结带构成的三相复合材料；根据混凝土骨料的级配随机产生了混凝土骨料结构，将有限元网格投影到该结构上，并根据单元的位置确定单元的材料特性，用以代表混凝土的三个相结构。提出了断裂韧性与强度综合破坏准则，采用非线性有限元技术模拟了单边裂逢受拉试件从损伤到断裂破坏的全过程，为混凝土破坏机理的研究和发展、混凝土计算强度提供了新的技术路径。     

晶须增韧陶瓷断口的分形维数与断裂韧性

研究ＪＸ－１型晶须增韧陶瓷断口的分形特征，测量材料断口表面的分形维数，建立分形维数与断裂韧性间的关系。根据晶须增韧陶瓷的主要增韧机制一裂纹偏转，建立了相应的分形模型，利用该模型分析分形维数与断裂韧性之间的一致性，为解释裂纹偏向的增韧效应提供一种新方法。     

树脂砂高温强韧性的测试技术

提出利用断裂力学理论评价树脂砂的强韧性,引入高温当量韧度的概念.利用自行研制的树脂砂高温性能试验仪研究了不同树脂砂的高温当量韧度及其影响因素.     

相容剂对玻纤毡增强聚丙烯复合材料力学性能的影响

利用熔融浸渍法制备了玻纤毡增强聚丙烯复合材料,考查了相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)含量对玻纤毡增强聚丙烯复合材料力学性能的影响;并使用FTIR、DSC、POM对不同相容剂PP-g-MAH含量下玻纤毡增强聚丙烯复合材料的结晶特点进行了研究。结果表明:树脂基体中含有适量的PP-g-MAH时,玻纤毡增强聚丙烯复合材料强度增加的同时冲击韧性可以得到保持。通过对其基体结晶结构研究发现,适量的PP-g-MAH含量可促使玻纤表面产生适量界面横晶的同时也可使基体主体产生均匀的晶体结构,进而获得适宜的界面结合和基体韧性,平衡强度和韧性之间的矛盾。     

固溶处理对7050铝合金强度和断裂韧性的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、常温拉伸、紧凑拉伸等实验手段研究固溶处理对7050铝合金拉伸力学性能和断裂韧性的影响.研究结果表明:单级固溶中,随着固溶温度的升高,粗大第二相逐渐溶解,但再结晶体积分数和亚晶尺寸逐渐增大,导致强度和断裂韧性均先增大后减小;双级固溶后,粗大第二相明显减少,再结晶体积分数和亚晶尺寸较小,强度和断裂韧性均超过单级固溶的最大值;固溶后预析出,虽然再结晶体积分数较低,亚晶尺寸较小,但亚晶界析出大量η相,基体内存在大量粗大第二相,强度和断裂韧性明显下降.     

35SiMnMoV钢多相复合组织形态对常温冲击性能的影响

作者采用热处理方法,获得了马氏体+贝氏体+铁素体+奥氏体的多相纤维状复合组织。并与马氏体+铁素体纤维状双相组织和粒状贝氏体为主的复合组织进行了冲击性能、硬度、强度的对比。应用光镜、扫描电镜和透射电镜,对冲击断口形貌、复合组织形态进行了观察。用X射线衍射仪测定了奥氏体体积分数。结果表明:前者在低温回火或未回火状态下,与调质态的纤维状双相组织和回火态的粒状贝氏体组织相比,在等硬度、等强度下,具有更高的冲击韧性和更优异的强韧性配合。本文还探讨了冲击性能变化的机理。     

基于强度组配对设计曲线的简单修正

将相当应变的观点应用到含有一个焊缝裂纹的焊接宽板中，可以看出焊缝金属与母材塑性的差异显著影响其断裂韧性和裂纹扩展驱动力，重要的一点是仅根据断裂韧性或裂纹扩展驱动力来衡量焊接接头非等组配的影响是不够的，如果材料的应力应变曲线合线性硬化规律，得出一个简单的ＣＴＯＤ设计曲线的修正表达式，可以用来预测焊接结构的极限载荷、极限应变或极限裂纹长度。     

AN INVESTIGATION OF THE BENDING FATIGUE OF MODIFIED PPTA FIBRE

PPTA fibres have high axial tensile strength,but the transverse links at the macromolecularlevel of the fibres are low.The high orientation and crystallization of the PPTA fibres leads to alow resistance to bending fatigue.A comparative study on fatigue behaviour of PPTA fibres and modified PPTA fibres weremade by rotating fibre over a pin.The resistant properties of the PPTA fibre to the bending fa-tigue are low,but can be improved by modification.The morphological differences of the deformation processes of the PPTA fibres and modi-fied PPTA fibres as they are tensioned in a monofilament from after being knotted are shown.The properties of resistance to bending fatigue of the different PPTA fibres can be evaluatedby comparing the morphologies of the tensile broken ends of these fibres after knotting.