[發(fā)明專利]測(cè)試碳纖維增強(qiáng)碳材料的纖維束和基體間界面強(qiáng)度的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910071313.5
• 申請(qǐng)日: 2009-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101477009A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃玉東;景介輝;劉麗;宋元軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/14
• 分類號(hào): G01N3/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 劉同恩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)試碳纖維增強(qiáng)碳材料的纖維束和基體間界面強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)

纖維增強(qiáng)碳基體(碳碳)復(fù)合材料是一類以碳纖維為增強(qiáng)體、以碳質(zhì)材料為基體、基本化學(xué)組成為單一的碳元素特殊組成，由碳纖維、基體碳、不同層次界面層和顯微孔隙和裂紋四部分微觀結(jié)構(gòu)組成的功能復(fù)合材料，具有耐高溫、低密度、高比模、高比強(qiáng)、抗熱震、耐腐蝕、摩擦性能好、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能。目前，碳碳復(fù)合材料作為耐摩擦、熱防護(hù)、抗核輻射等結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于航空航天、核能、國(guó)防以及許多民用工業(yè)等領(lǐng)域。通常碳纖維是以纖維和纖維束兩種形式存在于碳碳復(fù)合材料中，在碳碳復(fù)合材料中可以形成纖維束/基體碳間界面層，其界面層作為碳碳復(fù)合材料中的重要組成部分，成為連接纖維束、基體兩個(gè)基本組分的橋梁，具有傳遞效應(yīng)、阻斷效應(yīng)、不連續(xù)效應(yīng)、吸收效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)等，對(duì)碳碳復(fù)合材料的綜合性能有著極其重要的影響。

由于碳碳復(fù)合材料中碳纖維束的直徑一般在0.55～0.62mm范圍，目前測(cè)試碳碳復(fù)合材料的纖維束和基體間界面強(qiáng)度的方法多采用纖維束拔出法等，在將纖維束從復(fù)合材料中剝離制樣過(guò)程中容易損傷纖維束強(qiáng)度和形態(tài)，并存在制樣困難的問(wèn)題，難以應(yīng)用于碳碳復(fù)合材料的纖維束和基體間界面強(qiáng)度的測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的碳碳復(fù)合材料中纖維束和界面間界面強(qiáng)度檢測(cè)方法在將纖維束從復(fù)合材料中剝離制樣過(guò)程中存在的容易損傷纖維束強(qiáng)度和形態(tài)、制樣困難的問(wèn)題，提出一種測(cè)試碳纖維增強(qiáng)碳材料的纖維束和基體間界面強(qiáng)度的方法。本發(fā)明包括以下步驟：

步驟A、截取與待測(cè)纖維束軸向垂直的碳碳復(fù)合材料樣品，并進(jìn)行逐級(jí)均勻減薄和拋光處理，得到待測(cè)的碳碳復(fù)合材料樣品；

步驟B、將待測(cè)的碳碳復(fù)合材料樣品固定在水平位移樣品臺(tái)的支撐狹縫上；

步驟C、通過(guò)頂出系統(tǒng)對(duì)待測(cè)纖維束施加軸向壓力，使受壓待測(cè)纖維束端部與周圍基體間逐漸發(fā)生界面脫粘，并且在受壓待測(cè)纖維束脫離基體過(guò)程中記錄纖維束被頂出的載荷與位移之間關(guān)系以及待測(cè)纖維束頂出的最大力值f；

步驟D、通過(guò)待測(cè)纖維束頂出的最大力值和頂出纖維束的側(cè)面積可獲得待測(cè)纖維束和基體間界面的剪切強(qiáng)度值τ；

步驟E、重復(fù)步驟A至步驟D得到待測(cè)樣品的n個(gè)纖維束和基體間界面的剪切強(qiáng)度值τ_i、纖維束和基體間界面的剪切強(qiáng)度的平均值τ、標(biāo)準(zhǔn)偏差S和分散系數(shù)Cv，其中n表示自然數(shù)。

有益效果：本發(fā)明采用纖維束原位頂出測(cè)試技術(shù)對(duì)細(xì)編穿刺碳碳復(fù)合材料的纖維束和基體間界面強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，可以直接從實(shí)際碳碳復(fù)合材料制件切取，不需要特殊制備，同時(shí)可以定量對(duì)碳碳復(fù)合材料的纖維束和基體間界面強(qiáng)度力學(xué)性能進(jìn)行表征，解決了目前纖維束拔出法中在將纖維束從復(fù)合材料中剝離制樣過(guò)程中損傷纖維束強(qiáng)度和形態(tài)，制樣較困難的問(wèn)題；另外本發(fā)明利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的分析方法，對(duì)所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，得到其剪切強(qiáng)度平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差及分散程度，來(lái)表征復(fù)合材料內(nèi)的纖維束和基體間界面力學(xué)強(qiáng)度，具有樣品的制樣過(guò)程簡(jiǎn)單、測(cè)試過(guò)程可操作性強(qiáng)和可以定量得到碳碳復(fù)合材料的纖維束和基體間界面的剪切強(qiáng)度的特點(diǎn)，是一種能夠全面評(píng)價(jià)碳碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能提供可靠的測(cè)試方法。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，本實(shí)施方式由以下步驟組成：

步驟A、截取與待測(cè)纖維束軸向垂直的試樣厚度2.8～3.2mm，分別采用300#、500#、800#、1500#、2000#目數(shù)的金相砂紙逐級(jí)均勻減薄，保持試樣厚度均勻，達(dá)到厚度2.30～2.40mm，進(jìn)行拋光處理，拋光劑采用顆粒粒度小于5×10^-3mm的金剛砂或三氧化鉻，試樣經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘的拋光處理，用酒精棉擦拭試樣表面除去拋光污垢，纖維束和基體間界面完整、光潔，能夠清楚地看見(jiàn)纖維束及纖維束邊緣的界面，得到待測(cè)的碳碳復(fù)合材料樣品8；

步驟B、將支撐狹縫9固定在水平位移樣品臺(tái)5上，打開(kāi)儀器開(kāi)關(guān)，清零、聚焦，利用水平位移樣品臺(tái)5，使施壓探針3在水平位移樣品臺(tái)5的頂出位置上方，要求在視場(chǎng)內(nèi)目鏡中兩條相互垂直標(biāo)尺線的交點(diǎn)與施壓探針3頂出位置中心重合，并置于支撐狹縫9中心位置處，利用橡皮泥將待測(cè)的碳碳復(fù)合材料樣品8固定在水平位移樣品臺(tái)5上的支撐狹縫9，支撐狹縫寬度為1.5mm；