三维针刺C/SiC复合材料无纬布纤维方向对材料力学性能的影响

通过化学气相渗透法结合反应熔体浸渗法制备了三维针刺C/SiC复合材料,采用扫描电子显微镜观察材料的显微结构,并研究了无纬布纤维方向对材料力学性能的影响。结果表明,三维针刺C/SiC复合材料由0°无纬布层、短纤维胎网层、90°无纬布层以及针刺纤维束组成,无纬布层纤维方向对材料性能有显著影响。试样的拉伸强度和弯曲强度随着无纬布纤维方向与试样长度方向的夹角θ(0～45°)值的增大而减小,面内剪切强度和冲击韧性随θ角的增大而增大。

准三维针刺碳/碳复合材料几何构型对压缩试验性能的影响研究

为了给准三维针刺碳/碳复合材料压缩力学性能测试确定合适的几何构型,选取了2种立方体外形、1种圆柱体外形进行压缩试验,并对试验测得的压缩强度的大小、分散性以及破坏模式等方面做了对比分析。对于准三维针刺轴向和径向构型,最终选取立方体10mm×10mm×10mm为最佳几何构型。

准三维针刺碳/碳复合材料拉伸试验几何构型比对研究

本文选取了2种轴向外形尺寸和3种径向外形尺寸的准三维针刺碳/碳复合材料试样,轴向和径向的第一种形状均有带加强片和不带加强片两种构型。对这7种构型进行了拉伸试验,并对试验测得的拉伸强度和拉伸模量的大小、分散性以及破坏模式等做了对比分析。结果表明,直条型150mm×15mm×6mm(夹持部位35mm×15mm)在所选轴向构型中最优,直条形150mm×15mm×10mm(夹持部位35mm×15mm)构型在所选径向构型中最优。

制备工艺对三维针刺C/SiC层向动态压缩性能的影响

为了研究制备工艺对三维针刺C/Si C复合材料(3N-C/Si C)层向压缩力学性能的影响,对分别采用反应熔体浸渍(RMI)和化学气相浸渍(CVI)2种工艺制备的3N-C/Si C进行了不同应变率下压缩性能研究,并对比了2种工艺试样在破坏前后的显微结构。结果表明,在高应变率下2种工艺试样的破坏强度分布均遵循Weibull分布,且RMI工艺试样的性能稳定性明显高于CVI工艺试样。2种工艺试样的压缩强度均具有明显的应变率强化效应,且与对数应变率近似呈线性关系。观察断口形貌发现,在静态压缩载荷作用下,2种工艺试样的破坏方式为剪切破坏和分层破坏的叠加,而在动态压缩条件下试样的破坏方式为劈裂破坏。研究发现,CVI工艺试样纤维束断口不平整;RMI工艺试样断口相对平整,纤维束多发生整束剪断,且动态条件下纤维束的束内脱粘现象得到明显的抑制。

准三维针刺C_f/SiC复合材料室温层向动态压缩力学行为的实验研究

为了研究应变率对准三维针刺碳纤维增韧的碳化硅复合材料(Cf/SiC)层向压缩力学性能的影响,本文利用分离式Hopkinson压杆装置对三维针刺Cf/SiC复合材料进行了应变率为10-4至6.5×103s-1的单轴压缩力学性能测试。实验结果表明,由于材料缺陷,其动态压缩强度分布遵循Weibull分布。破坏时,材料并未表现出典型的脆性破坏,而是在应力达到压缩强度后经历了较大的伪塑性变形才最终破坏。这表明三维针刺Cf/SiC复合材料沿厚度方向针刺的碳纤维有助于提高材料的韧性。同时,材料的压缩强度随应变率的升高显著增大,并与对数应变率近似成线性关系。借助光学显微镜和扫描电镜对压缩断口的观察表明:材料的失效模式随着应变率变化而发生改变。在准静态下,材料主要表现为剪切和分层破坏,而在高应变率下,则主要表现为劈裂。