不同应力水平下SiC f /SiC复合材料的损伤行为和机制研究
发布时间：2021-03-10 18:11
为提高对SiCf/SiC复合材料在服役中失效机制的理解以及更合理地设计该类材料,通过声发射探测结合两种力学加载实验对该材料的损伤过程进行了评估与分析,并利用光学显微镜和扫描电子显微镜等手段对其损伤状态的演变进行了详细的表征和总结。实验结果表明,声发射技术可有效评估SiCf/SiC复合材料的损伤程度,并用以分析特定加载应力水平下的损伤发展。研究表明:裂纹在较低的加载应力下（<80 MPa）易在材料的原生缺陷附近或多种组分的边界处萌生,但对材料自身强度影响较小;较高的加载应力（≥100 MPa）则会使材料产生大尺度开裂,并与纤维发生相互作用进而降低材料的稳定性。SiCf/SiC复合材料在递增的加载应力下会产生5种开裂形式以及纤维的断裂拔出和界面的脱粘等损伤行为。
【文章来源】：材料科学与工艺. 2020,28(03)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
SiCf/SiC复合材料的显微结构
试样的配置以及显微观察区域
与Mei[23]所研究的二维Cf /SiC在单调拉伸中的声发射活动自加载初始就产生的情况不同,本研究的SiCf /SiC复合材料在只有达到损伤形成的“最小”应力(σmini)即23 MPa时,采集系统才开始记录AE信号,表明后者产生损伤的条件更高。σonset和σmini的具体含义可见表1,以便更好地理解后面的讨论。从单值AE能量的分布中可观测到,在S1附近产生了若干高能AE事件,该现象与较大的损伤形成相关,例如横向基体裂纹在样品横截面扩展了相当的距离。许多新的低能量的AE源(如微裂纹或界面脱粘)自S1到S2形成,进一步加剧了材料内部的损伤情况,这可从较高的累积事件数增长率和较低的累积能量增长率中得出。S3附近出现了更多的高能AE事件,归咎于许多新的大型桥联基体裂纹的产生和扩展,表明材料内部严重的损伤程度。S4附近记录的更高能量(>500 mV2)的AE事件导致累积AE能量的显著增加,说明材料中形成了更严重的损伤,如贯穿性裂纹和/或纤维断裂等。材料自S4到最终失效累积AE能量增加了近40%,根据Morscher[22]关于二维编织MI-SiCf /SiC复合材料在单调拉伸中声发射行为的研究,由于累积AE能量增速并未趋于零,表明材料内部的裂纹分布并未达到饱和。表1 声发射确定的各特定应力的含义Table 1 Definition of specific stress determined by AE 应力水平 含义 σmini 损伤开始形成时对应的应力 σonset 较大损伤(如大裂纹的萌生和扩展等)产生时对应的应力
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析极端环境下服役陶瓷基复合材料的构建[J]. 董绍明,周海军,胡建宝,阚艳梅. 中国材料进展. 2015(10)
[2]SiC/SiC复合材料MI工艺制备技术[J]. 董绍明,胡建宝,张翔宇. 航空制造技术. 2014(06)
[3]连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨[J]. 张立同,成来飞. 复合材料学报. 2007(02)
[4]二维机织碳纤维/碳化硅陶瓷基复合材料损伤分析[J]. 潘文革,矫桂琼,管国阳. 硅酸盐学报. 2005(11)
本文编号：3075059
【文章来源】：材料科学与工艺. 2020,28(03)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
SiCf/SiC复合材料的显微结构
试样的配置以及显微观察区域
与Mei[23]所研究的二维Cf /SiC在单调拉伸中的声发射活动自加载初始就产生的情况不同,本研究的SiCf /SiC复合材料在只有达到损伤形成的“最小”应力(σmini)即23 MPa时,采集系统才开始记录AE信号,表明后者产生损伤的条件更高。σonset和σmini的具体含义可见表1,以便更好地理解后面的讨论。从单值AE能量的分布中可观测到,在S1附近产生了若干高能AE事件,该现象与较大的损伤形成相关,例如横向基体裂纹在样品横截面扩展了相当的距离。许多新的低能量的AE源(如微裂纹或界面脱粘)自S1到S2形成,进一步加剧了材料内部的损伤情况,这可从较高的累积事件数增长率和较低的累积能量增长率中得出。S3附近出现了更多的高能AE事件,归咎于许多新的大型桥联基体裂纹的产生和扩展,表明材料内部严重的损伤程度。S4附近记录的更高能量(>500 mV2)的AE事件导致累积AE能量的显著增加,说明材料中形成了更严重的损伤,如贯穿性裂纹和/或纤维断裂等。材料自S4到最终失效累积AE能量增加了近40%,根据Morscher[22]关于二维编织MI-SiCf /SiC复合材料在单调拉伸中声发射行为的研究,由于累积AE能量增速并未趋于零,表明材料内部的裂纹分布并未达到饱和。表1 声发射确定的各特定应力的含义Table 1 Definition of specific stress determined by AE 应力水平 含义 σmini 损伤开始形成时对应的应力 σonset 较大损伤(如大裂纹的萌生和扩展等)产生时对应的应力
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析极端环境下服役陶瓷基复合材料的构建[J]. 董绍明,周海军,胡建宝,阚艳梅. 中国材料进展. 2015(10)
[2]SiC/SiC复合材料MI工艺制备技术[J]. 董绍明,胡建宝,张翔宇. 航空制造技术. 2014(06)
[3]连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨[J]. 张立同,成来飞. 复合材料学报. 2007(02)
[4]二维机织碳纤维/碳化硅陶瓷基复合材料损伤分析[J]. 潘文革,矫桂琼,管国阳. 硅酸盐学报. 2005(11)
本文编号：3075059
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