基于X射线CT原位试验的平纹SiC/SiC复合材料拉伸损伤演化

发布时间：2021-06-09 05:05

　　采用化学气相渗透工艺制备平纹SiC/SiC复合材料,利用X射线CT无损检测技术研究纺织陶瓷基复合材料拉伸损伤演化与失效机理.制备了第3代SiC纤维增韧平纹叠层SiC/SiC狗骨状试件.研制了CT原位拉伸测试仪,完成了纳米X射线CT原位拉伸试验,对CT扫描三维重建图像和扫描电镜照片进行了分析.结果表明:纳米X射线CT原位试验能够揭示材料拉伸损伤演化过程.平纹SiC/SiC复合材料单轴拉伸应力-应变曲线呈现明显的非线性特征,损伤萌生于非线性变化阶段.首先,出现基体横向开裂,并随着拉力的增加逐渐扩展.其次,出现层间基体开裂和纤维束基体纵向开裂,并逐渐扩展至纤维束宽度.最后,拉伸方向纤维断裂,材料失效,大多基体横向裂纹闭合,但纵向纤维束与束间基体分离严重,断口参差不齐,有明显的纤维拔出现象. 

【文章来源】：上海交通大学学报. 2020,54(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

试验件形状与尺寸(mm)

CVI工艺制备平纹SiC/SiC复合材料的过程中,反应气体和气态产物的传输主要通过扩散来实现,但是由于材料预制体表面反应气体浓度高、基体沉积速率较快,容易造成气体出口封闭,内部气体来不及排出,使得材料内部存在大量初始孔隙缺陷[32].图2为平纹SiC/SiC复合材料横截面微观形貌,可观察到材料内部孔隙与纤维.按材料孔隙的大小和位置可将孔隙分为两类:一类主要分布于纤维束内部,相邻纤维之间,体积较小,称之为纤维束内微孔隙;另一类主要存在于纤维束之间,体积较大,称之为纤维束外大孔洞.图3为利用纳米X射线CT扫描得到的材料三维重建图像.微孔隙沿着纤维走向呈现条状分布,体积较小但数量巨大,孔隙之间相互独立并不连通.大孔洞是平纹SiC/SiC复合材料的主要缺陷形式,占缺陷总体积的绝大部分,主要分布在纤维束之间,呈面状分布,并相互交叉和连通(图3(d)).图3 X射线CT扫描三维重建图像

X射线CT扫描三维重建图像


本文编号：3219996