碳化硅纤维增强铝复合材料疲劳性能及疲劳破坏机理研究

介绍了SiC/Al复合材料单向板和正交板试样的拉—拉疲劳特性和疲劳破坏机理研究结果。研究结果表明,SiC/Al板试样拉—拉循环5×10~4次后,其剩余静拉伸强度系数超过0.87,随着循环应力水平的提高,材料的剩余静拉伸强度几乎没有变化,但声发射信号的起始峰值向应变增大方向移动;疲劳将导致复合材料表面产生温升,通过测量材料表面温度的变化,可以提前预告SiC/Al复合材料的疲劳破坏。     

超低温对T700碳纤维/环氧复合材料弯曲性能的影响

研究正交铺层的碳纤维增强环氧树脂基复合材料（CFRP）在超低温的环境下的弯曲性能和损伤破坏形式。对复合材料试样进行不同时间的液氧浸泡处理和不同次数的常温/液氧温度热循环处理来模拟液氧燃料贮箱使用工况,通过配有超低温试验装置的力学试验机研究CFRP在不同超低温条件处理前后的低温弯曲强度和弯曲模量的变化规律;采用扫描电子显微镜（SEM）对破坏前后试样的微观形貌进行分析。结果表明,经过液氧浸泡及常温/液氧温度热循环处理的CFRP的超低温弯曲强度和模量变化趋势基本一致,均随时间和循环次数的增加先下降后上升,这种变化规律与其超低温环境下材料的微观结构变化密切相关。结合CFRP破坏前后的宏观和微观结构特性以及微裂纹的扩展规律,揭示了正交铺层CFRP超低温弯曲性能变化的 机理。     

薄界面3DC/SiC复合材料的热震损伤机制

为了研究薄界面3D C/SiC复合材料的热震行为,利用高频加热器在氩气保护环境中进行了700～1200℃的热震试验,然后基于热震试验后复合材料微结构变化和剩余强度变化,结合热应力的计算,确定了薄界面3D C/SiC复合材料的热震损伤机制.研究发现,在700～1200 ℃之间热震时,薄界面3D C/SiC复合材料会发生基体开裂和界面脱粘.基体开裂与裂纹扩展导致复合材料强度降低,界面脱粘导致复合材料强度提高.薄界面3D C/SiC复合材料的基体裂纹在热震50次左右达到饱和,裂纹饱和前,强度逐渐降低;裂纹饱和后,强度逐渐提高.     

湿热老化对高性能复合材料性能的影响

通过湿热老化试验(温度为85℃,湿度为95%),研究了T700纤维/环氧和F-12纤维/环氧两种复合材料力学性能、玻璃化转变温度、热失重随老化时间的变化。结果表明,经湿热老化后,两种复合材料的拉伸强度、拉伸模量和剪切强度具有不同的变化规律,复合材料的玻璃化转变温度有较明显地下降。两种复合材料湿热老化机理有明显的区别,T700纤维/环氧复合材料老化后的性能稳定性优于F-12纤维/环氧复合材料。     

连续碳纤维增强镁基复合材料制备工艺研究

为了提高连续碳纤维增强镁基(Cf/Mg)复合材料的强度,采用压力浸渗法制备了T300/AZ91D和T700/AZ91D两种复合材料,通过改变预热温度和浇铸温度,对采用压力浸渗法制备连续Cf/Mg复合材料的组织与力学性能进行了研究。研究结果表明:预热温度太高会损坏碳纤维,影响碳纤维与基体的结合；浇铸温度太低会使熔体在碳纤维未浸渗完全时便已开始凝固；浇铸温度太高会损坏碳纤维,降低复合材料的力学性能；当预热温度为450 ℃、浇铸温度为800 ℃时,制备的T300/AZ91D复合材料弯曲强度最高,为865 MPa；当预热温度为450 ℃、浇铸温度为750 ℃时,制备的T700/AZ91D复合材料弯曲强度最高,为1 153 MPa。通过研究,提高了碳纤维增强镁基复合材料的力学性能,使该材料能更广泛地应用于航空航天领域。     

活性稀释剂对T700/BMI复合材料湿热性能的影响

采用苯乙烯作二烯丙基双酚A(DABPA)改性双马来酰亚胺(BMI)树脂体系的活性稀释,以减小树脂的粘度。为研究苯乙烯的用量对炭纤维(T700)增强改性BMI树脂基复合材料湿热性能的影响,对T700/BMI复合材料的试样在70℃水中进行吸湿实验,并检测其力学性能。结果表明,随苯乙烯用量的增加,试样的吸湿率降低;其拉伸、弯曲和层间剪切等强度保持率也随之增大;但当苯乙烯在基体树脂中的摩尔百分含量超过20%之后,试样的拉伸强度会下降。     

(T700/环氧)/EPDM粘接界面参数的实验测试及反演分析

为确定T700/环氧复合材料与三元乙丙橡胶(EPDM)的粘接界面参数(包括断裂韧性和法向初始强度),通过双悬臂夹层梁(DCSB) I型分层扩展实验与有限元(FEM)仿真分析,确定了(T700/环氧)/EPDM粘接界面参数的初始值;以(T700/环氧)/EPDM粘接界面参数初始值为基准,经过完全交叉分组的析因设计,以及对应的有限元分析(FEA)结果,构造了FEA输出-界面参数的数据样本,采用广义回归神经网络(GRNN)反演获得的(T700/环氧)/EPDM粘接界面断裂韧性G_(Ic)=0.575 N/mm,法向初始强度σ_(max,0)=1.25 MPa。结果表明,采用GRNN反演参数计算的载荷-位移曲线和实验曲线之间峰值点的平均差值只有2.72 N,结合DCSB I型分层扩展实验、有限元仿真分析和广义回归神经网络,可确定(T700/环氧)/EPDM粘接界面参数的准确值。     

复合材料层合板受低速冲击后的力学性能的实验研究

利用落锤装置，对玻纤／环氧和碳纤／环氧两种复合材料层合板进行了低速低能量的冲击实验研究。利用传感器技术记录了落锤冲击试样过程中的速度曲线，计算了冲击动能和材料损伤时的能量吸收，通过数学处理得到了冲击载荷和冲击点位移曲线。测量了层合板受冲击后的剩余弯曲强度和剩余弯曲弹性模量，得出了两种复合材料层合板的能量吸收门槛值。结果表明，碳纤／环氧的能量吸收门榄值比玻纤／环氧低，但是前者有较宽的能量吸收容限。和     

石墨/环氧凯夫拉49纤维/环氧及混杂纤维复合材料的复合应力特性

为了表征纤维/环氧复合材料在复合应力作用下的力学性能,进行了一项实验研究。试样有两种:圆管和带有封头的圆筒形压力容器。它们均采用螺旋/环向(±α,90°)缠绕成型。本研究还分别对AS_4石墨纤维、凯夫拉纤维以及这两种混杂纤维/环氧迭层材料进行了试验。为了测定材料平面内力学性能,圆管试样承受了内压和超轴向载荷的作用。在与圆管试样对应的内压下,对压力容器也进行了试验,然后再做爆破试验以确定材料的极限强度。为了表征材料的时间相关特性,对试样进行了室温蠕变和回复试验。     

M40/648碳纤维环氧复合材料热循环效应研究

空间热循环作用的耐受性是决定碳环氧复合材料在轨服役寿命的重要因素之一。文章以M40/648碳纤维环氧复合材料为研究对象,开展了热循环(温度区间:-150~+150℃)效应试验研究,分析了试验前后的材料质量损失率、层间剪切性能、微观形貌和表面成分的变化。结果显示:热循环作用后材料的质量损失率在0.04%~0.07%之间;200次热循环使材料层间剪切强度提高,而300次热循环导致材料层间剪切强度下降1.16%;热循环作用对材料断口形貌影响较大,同时造成材料表面碳元素含量降低。     

T-700/聚三唑树脂复合材料性能研究(英文)

热固性聚三唑树脂(PTA)具有突出的力学、热学性能,分子可设计性强,工艺性好,可与多种增强纤维复合制成高性能复合材料。通过浇注体研究了一种热固性PTA树脂的力学、热学性能,固化体系玻璃化温度接近200℃。采用扫描电镜(SEM)、单向板、NOL环等方法,对T-700炭纤维/PTA树脂复合材料性能及粘接界面进行了系统研究。结果表明,复合材料的拉伸、压缩性能与T-700炭纤维/E-51环氧树脂复合材料相当,剪切性能低20%~40%。通过SEM对复合材料粘接界面分析,破坏断面"拔出"纤维表面光滑,挂胶较少,界面粘接相对薄弱是影响复合材料性能的主要因素。     

不同截面炭纤维表面特性及其对复合材料界面粘接性能的影响

使用SEM、AFM、比表面积与孔体积测试分析仪(BET)和XPS对国产腰形截面炭纤维、圆形截面高强炭纤维和国外圆形截面T300炭纤维表面特性进行物理与化学表征与分析,并对炭纤维/环氧复合材料界面粘接性能进行了研究。表面形貌分析表明,腰形截面炭纤维比表面积大于圆形截面炭纤维,但其表面沟槽较圆形截面炭纤维浅。XPS分析表明,腰形截面炭纤维的表面活性略高于国产圆形截面炭纤维,但明显低于T300;界面剪切强度与层间剪切强度测试结果表明,腰形截面炭纤维/环氧复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均接近于T300/环氧复合材料,高于国产圆形截面炭纤维/环氧复合材料。     

国产芳纶纤维增强环氧复合材料的压缩性能

采用不同弹性模量的环氧树脂基体与国产芳纶Ⅲ纤维制备了复合材料,研究了复合材料压缩性能及其影响因素,分析了环氧树脂模量、芳纶纤维束张力、压缩测试方法等因素对复合材料压缩强度测试结果的影响规律。研究表明,环氧模量、纤维束张力的提高有利于压缩强度的提高,正交铺层的压缩测试方法有利于表征复合材料压缩本征性能。同时,探讨了芳纶纤维压缩失效的机理,提出了提高芳纶纤维复合材料压缩性能可能的途径。     

炭布叠层穿刺C/C复合材料螺栓连接件微观组织和力学性能

以炭布叠层穿刺结构作为预制体,通过热梯度化学气相沉积(TCVI)工艺,制备了C/C复合材料,并沿不同纤维增强方向加工出C/C复合材料螺栓。考虑到机械加工对C/C复合材料性能的损伤,提出了C/C复合材料螺栓力学性能的测试方法,通过自行设计的模具,对所制备连接件的力学性能进行了测试表征,并利用偏光显微镜(PLM)和扫描电子显微镜(SEM),对C/C复合材料螺栓的微观组织结构及断口形貌进行了分析。结果表明,所制备的螺栓具有较好的抗拉和抗剪能力,沿平行于炭布X-Y面方向(xy向)加工的C/C复合材料连接件具有较高的力学性能,螺柱的抗拉强度和剪切强度分别为52.3 MPa和49.8 MPa,圆柱销剪切强度为52.2 MPa。     

预制体及基体对C/C复合材料性能的影响

研究了预制体结构及其成型工艺和基体类型对C/C复合材料的力学性能、烧蚀性能和微观结构的影响。结果表明,它们对C/C复合材料的拉伸和压缩强度影响不显著,而对剪切性能影响明显。采用CVD成型工艺和树脂炭基体,对于二维预制体,C/C复合材料的剪切强度可达19MPa;对于准三维预制体,C/C复合材料层间剪切强度可达20MPa。不同类型的基体炭对复合材料的耐烧蚀性影响不同,CVD炭具有优异的抗烧蚀性能,树脂炭与沥青炭的抗烧蚀性能较差。采用先沉积后树脂浸渍炭化补充增密,可制备综合性能优异的热结构复合材料。     

多向编织碳／碳复合材料的强度与断裂

本文研究了细编穿刺三向Ｃ／Ｃ复合材料的拉压特性，分析相应的微观破坏模式，实测了Ｃ／Ｃ复合材料中Ｚ向纤维束力学性能的统计分布规律。结果表彰：细编穿刺三向Ｃ／Ｃ复合材料在拉伸和压缩载荷作用下具有双模量和呈现非线性。Ｚ向强度受穿刺纤维束纤维根数和间距控制，用最弱环连接理论考虑Ｚ向纤维强度的统计分布，预报σ－ε关系与实验符合较好。ＸＹ向强度由碳布强度贡献，其破坏主要是碳布层间的拉剪断裂。     

表面氧化处理对提高碳/酚醛材料性能的影响

采用次氯酸氧化和ＫＨ５５０偶联剂对碳纤维表面进行处理，研究了其对提高碳纤维及碳布增强钡酚醛材料力学性能和烧蚀性能的影响，并对氧化处理后碳纤维的表面性能进行了表征。得出，该方法是提高复合材料层间剪切强度和持有效方法，它可 间剪切强度提高了１７．５％，线烧蚀率减小５８．６％。     

三维六向编织复合材料拉伸性能的实验研究

通过三维六向编织T700/TDE86复合材料的纵向拉伸实验,从宏观角度研究了其力学行为,获得了这些材料的主要力学性能参数及破坏规律.实验结果表明,影响三维六向编织复合材料力学性能的最主要参数是编织角,材料的拉伸弹性模量和拉伸强度受编织角的影响显著;编织角较小时,拉伸应力-应变曲线接近于线性,材料表现为脆性特征.本文还利用OLYMPUS体视显微镜对试件断口进行了观察,并对三维六向编织复合材料的破坏机制进行了分析.所得结论为进一步研究三维六向编织复合材料的刚度和强度预报奠定了实验基础.