多向细编碳碳复合材料界面力学性能测试与表征.pdfVIP

第12卷 第4期 复 合 材 料 学 报 Vo1．12 NO．4 1995年 12月 ACTA MATERIAE COMPOSITAE SINICA Dee． 1 995 一 多向细编碳／碳复合材料 ，， 界面力学性能测试与表征—— J 1 垦 董垂壅 赫晓东 杜善义 J (哈尔滨工业大学复合材料所，哈尔滨150001) 摘 要 本文用自制装置研究了多向细编C／C复合材料纤维束性能，分析了工艺过程的影响 同时 用界面微脱粘实验技术研究了C／C复合材料界面性能，给出了相应的理论模型和界面应力分布，提 出了由界面脱粘力，纤维、基体和复台材料性能表征界面剪切强度的方法，为C／C复台材料优化设 计提供了定量参数。结果表明：织物结构、织物编织工艺以及织物／基体复合对纤维的强度影响很 大t降为原始纤维的20 左右，对模量影响小 不同界面层次，纤维／基体的界面结合情况和界面剪 切强度不同tZ向纤维束中纤维／基体结合好，具有最高的结合强度，SEM观察证实有大量基体碟在 纤维上枝联／ 关键词 璧复金扭 ， ，在兰丝堂 l 前 言 界面是复合材料重要的微结构，高性能复合材料主要依赣纤维／基体间的界面结合来传递 载荷，但界面结合强度太高也会使复合材料表现出均匀脆性材料的行为。如果界面结合强度适 当，裂纹将在界面偏转，材料表现出非线性。纤维／基体界面结合强度主要依赖于纤维表面性 能、基体和工艺条件。在结构复合材料中为改善界面结合强度，通常采用纤维表面处理来实 现 。界面强度是复合材料界面特性的重要指标．界面的最佳性能对复合材料的优化设计、充 分发挥其性能优势极为重要。为此文献[2]用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)系统研究了 国产C／C复合材料不同工艺、不同结构、不同使用条件下的微观组织特征，为指导C／C复合材 料研究和工艺改进提供了理论基础。Bacon通过基体x射线原位结构的测定和纤维、基体性能 的测试，得到了C．／C复合材料纤维束内基体碳的原位弹性模量和热膨胀系数 。同时，为了有 效地表征和评价复合材料界面性能，也建立了多种宏微观界面性能测试技术，本文用自制设备 研究了工艺过程对C／C复合材料纤维和界面性能的影响，提出改进界面性能的措施，为高性 能C／C复合材料对界面性能的要求提出定量指标，从而指导材料研究。 2 材料与实验方法 2．1 实验材料 本研究所用C．,／C复台材料是三向细编穿刺材料．它的结构是XY向为碳布铺成的纤维织 车文于 1094年3月J 收刮修嫂硝．【 1i3 8月2一d收引 稿 第 4 期 韩杰才等 多向细编碳／磺复旨材料界面力学性能测试与表征 73 物，z向为穿刺纤维束 。将穿刺增强织物预热处理．预浸沥青常压碳化，再预浸沥青，高压碳 化，如此多周期循环．制成高致密的成品后，从坯料上截取所需的各种试件。表1为三种细编穿 刺C／c复合材料基本力学性能。 衰1 细编穿刺碳／碳复合材料基奉力学性能 拉 伸 压 缩 材 料 材料取向 d(MPa) E(GPa) (c) (MPa) E(GPa) ％ 53．1 44 8 O．23l No1 Z l26．2 92 6 0．173 45．5 32．6 0．11O 122．0 89．6 0．17 N