[發(fā)明專利]一種測(cè)試?yán)w維增強(qiáng)復(fù)合材料界面脫粘溫度和滑移溫度的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710941483.9
• 申請(qǐng)日: 2017-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN107703179A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋美慧;張曉臣;張煜;李艷春;李巖;蘇桂明;劉洪成;王艷麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01N25/16
• 分類號(hào): G01N25/16;G01N25/72
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務(wù)所(普通合伙)23210
• 代理人: 王艷萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料界面脫粘和界面滑移的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)鎂(Cf/Mg)復(fù)合材料，作為比強(qiáng)度和比剛度最高的結(jié)構(gòu)材料，以其近似零膨脹的特性被應(yīng)用于高精度空間航天器系統(tǒng)中。航天器在軌運(yùn)行期間，由環(huán)境溫度交替變化引起的，熱應(yīng)力以及材料本身熱膨脹系數(shù)的連續(xù)變化，使Cf/Mg復(fù)合材料的熱膨脹過程存在明顯的應(yīng)變滯后。并導(dǎo)致熱膨脹結(jié)束時(shí)，復(fù)合材料形成大量殘余塑性變形，進(jìn)而造成元器件的精度下降。

界面性能對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能和物理性能有著顯著影響。界面脫粘和界面滑移對(duì)復(fù)合材料各種疲勞遲滯回線、力學(xué)遲滯和應(yīng)力-應(yīng)變特性等都有顯著的影響。基體的開裂應(yīng)變一般小于纖維的斷裂應(yīng)變，因此裂紋首先在基體萌生，然后擴(kuò)展至纖維/基體界面引發(fā)界面脫粘。界面脫粘過程是界面層在基體裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)作用下發(fā)生破壞而形成裂紋的過程。當(dāng)已發(fā)生脫粘的界面處承受剪應(yīng)力大于界面最大摩擦剪應(yīng)力時(shí)，纖維與基體將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，此過程被稱為界面滑移。需要指出的是，界面脫粘是界面滑移的前提條件。兩者的判據(jù)在數(shù)學(xué)形式上是一致的，從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，界面脫粘可視為界面滑移之特例。

以往對(duì)Cf/Mg復(fù)合材料熱膨脹行為的研究中，常常忽略界面反應(yīng)、界面脫粘、界面滑移和基體合金蠕變等因素的影響。但是當(dāng)Cf/Mg復(fù)合材料中的應(yīng)力超過鎂合金屈服強(qiáng)度時(shí)，基體將發(fā)生塑性變形；熱應(yīng)力超過界面剪切強(qiáng)度時(shí)，C-Mg界面將發(fā)生脫粘或滑移；同時(shí)在較高溫度下基體合金還會(huì)發(fā)生蠕變。此時(shí)對(duì)復(fù)合材料熱膨脹性能的理論模擬結(jié)果偏離實(shí)際情況，而用于計(jì)算復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的A.Kelly模型和Schapery模型也失效，導(dǎo)致理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值之間存在較大誤差。為避免以上情況發(fā)生，復(fù)合材料在設(shè)計(jì)、制備、性能預(yù)測(cè)和使用過程中應(yīng)該明確其界面發(fā)生脫粘和滑移的情況。申請(qǐng)?zhí)枮?01410128432.0的中國(guó)專利《一種復(fù)合材料界面脫粘的相控陣超聲波檢測(cè)方法》提出了一種復(fù)合材料界面脫粘缺陷的相控陣超聲波檢測(cè)方法，但是該方法只能檢測(cè)材料內(nèi)部已經(jīng)存在脫粘缺陷。而對(duì)于復(fù)合材料在經(jīng)歷動(dòng)態(tài)熱溫度循環(huán)時(shí)，界面發(fā)生脫粘和滑移的實(shí)時(shí)情況卻無(wú)法檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面脫粘缺陷檢測(cè)方法只能事后檢測(cè)，無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)和預(yù)測(cè)的技術(shù)問題，而提供一種測(cè)試?yán)w維增強(qiáng)復(fù)合材料界面脫粘溫度和滑移溫度的方法。

本發(fā)明的測(cè)試?yán)w維增強(qiáng)復(fù)合材料界面脫粘溫度和滑移溫度的方法，包括以下步驟:

一、沿著增強(qiáng)體纖維長(zhǎng)度方向從復(fù)合材料上取出長(zhǎng)方體試樣；所述的復(fù)合材料為纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料；

二、將試樣垂直放置并裝卡于熱膨脹儀的石英支架上，通入He氣保護(hù)，He氣導(dǎo)熱系數(shù)高，能保證熱交換良好，并防止試樣氧化；再以2～5℃/min的升溫速率從室溫勻速升溫至破壞溫度T，其中金屬基復(fù)合材料的破壞溫度T＝450～550℃，陶瓷基復(fù)合材料的破壞溫度T＝900～1100℃，樹脂基復(fù)合材料的破壞溫度T＝250～300℃；測(cè)試的溫度和應(yīng)變隨時(shí)間的變化情況，得到試樣的溫度-時(shí)間變化曲線和應(yīng)變-時(shí)間變化曲線；

三、對(duì)步驟二得到的溫度-時(shí)間變化曲線和應(yīng)變-時(shí)間變化曲線進(jìn)行處理，得到試樣的應(yīng)變-溫度變化曲線；從應(yīng)變-溫度變化曲線上的進(jìn)入中溫平臺(tái)區(qū)的拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度T₁和出中溫平臺(tái)區(qū)的拐點(diǎn)T₂，T₁即為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面脫粘溫度，T₂即為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面滑移溫度。

本發(fā)明通過熱膨脹儀對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料測(cè)試得到的溫度-時(shí)間和應(yīng)變-時(shí)間曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到應(yīng)變-溫度曲線，找到應(yīng)變-溫度曲線上中溫區(qū)的兩個(gè)曲線拐點(diǎn)，第一個(gè)拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為增強(qiáng)復(fù)合材料的基體發(fā)生界面脫粘的溫度；第二個(gè)拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為復(fù)合材料發(fā)生界面滑移的溫度。