[發明專利]測試碳/碳復合材料的纖維/基體界面剪切強度的方法

無效

• 申請號: 200910073296.9
• 申請日: 2009-11-30
• 公開（公告）號: CN101706397A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 黃玉東;景介輝;劉麗;宋元軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N1/32
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及測試碳/碳復合材料的纖維/基體界面剪切強度的方法。

背景技術

碳/碳(C/C)復合材料是一類以碳纖維為增強體、以碳質材料為基體、基本化學組成為單一的碳元素特殊組成的功能復合材料，具有耐高溫、低密度、高比模、高比強、抗熱震、耐腐蝕、摩擦性能好、熱膨脹系數小等優異性能。目前，碳/碳復合材料作為耐摩擦、熱防護、抗核輻射等結構材料廣泛應用航空航天、核能、國防以及許多民用工業領域。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構組成的碳/碳復合材料，其中碳纖維/基體碳間界面層作為碳/碳復合材料中的重要組成部分，成為連接纖維、基體兩個基本組分的橋梁，具有傳遞效應、阻斷效應、不連續效應和誘導效應等。

由于碳/碳復合材料中纖維的直徑在6～7μm左右，其界面的強度測試是非常困難的，目前對于碳纖維/基體界面的強度的測試，最常規的測試方法為臨界纖維長度法和單纖維拔出法，只能在同一制樣條件下，測試單一纖維/基體界面數據數據，存在制樣困難、測試樣品制樣重復性差、嚴重影響評價纖維/基體界面強度性能的準確性問題。同時由于碳/碳(C/C)復合材料成型過程具有多層次、漸進性和隨機性，形成纖維/基體碳間的界面層結構和性能也具有多樣性，因此有必要對其界面力學數據進行數理統計分析，這都是目前纖維/基體界面強度測試過程中迫切解決的問題。

發明內容

本發明為了解決現有測試碳/碳復合材料的纖維/基體界面剪切強度的方法存在制樣困難、測試樣品制樣重復性差、嚴重影響評價纖維/基體界面強度性能的準確性問題。而提供的一種測試碳/碳復合材料的纖維/基體界面剪切強度的方法。

測試碳/碳復合材料的纖維/基體界面剪切強度的方法的具體步驟為：一、截取與待測纖維軸向垂直的碳/碳復合材料，并進行逐級均勻減薄和拋光處理，得待測碳/碳復合材料的樣品；二、將待測碳/碳復合材料的樣品固定在水平位移樣品臺的支撐狹縫上，調整樣品臺，使施壓探針位于待測纖維正上方，并均處于支撐狹縫的中心位置；三、通過頂出系統對待測纖維施加軸向壓力，使受壓待測纖維從纖維/基體界面間逐漸發生界面脫粘，并在受壓待測纖維脫離基體的條件下記錄纖維被頂出的載荷與位移之間關系以及待測纖維被頂出的最大力值f；四、通過待測纖維頂出的最大力值和頂出纖維束的側面積，即可得出纖維的纖維/基體界面的剪切強度值τ；五、重復步驟一至步驟四得到測試試樣的n個纖維的纖維/基體界面剪切強度值τ_i和纖維/基體界面剪切強度的平均值τ、標準偏差S和分散系數Cv；即得出碳/碳復合材料的纖維/基體界面剪切強度；其中，步驟五中n表示自然數；步驟四中待測纖維和纖維/基體界面的剪切強度τ的公式為：

τ=fS=flh]]>

其中f為待測纖維被頂出的最大力值，S為被頂出纖維的側面積，l為頂出后樣品孔洞的邊長，h為待測碳/碳復合材料的厚度；步驟五中得到纖維和纖維/基體界面間的剪切強度的平均值τ、標準偏差S和分散系數Cv的公式為：

τ‾=Σi=1nτi/n]]>