叠层缝合结构C/C-SiC复合材料微观结构与弯曲性能

为了满足高超音速飞行器热结构部件材料的需求,采用化学气相沉积法(CVD)和反应熔渗法(RMI)混合工艺制备了叠层缝合C/C-SiC复合材料,研究C/C多孔体密度和熔渗温度对C/C-SiC复合材料微观结构和弯曲性能的影响。结果表明:C/C多孔体孔径呈双峰分布,孔体积随C/C多孔体密度增加而降低。C/C-SiC复合材料由SiC、C及残余Si相组成。C/C-SiC复合材料弯曲强度随熔渗温度的升高而增加;1650℃制备的C/C-SiC复合材料弯曲强度随C/C多孔体密度升高先增加后略有减小,而1750℃制备C/C-SiC复合材料弯曲强度随C/C多孔体密度升高而升高。当C/C多孔体密度为1.55 g/cm^(3),熔渗温度为1750℃时,制备的C/C-SiC复合材料弯曲强度最高为253 MPa。在弯曲载荷作用下,C/C-SiC复合材料的位移−载荷曲线呈现“阶梯型”断裂行为。

叠层缝合碳纤维增强铝基复合材料低速冲击及冲击后剩余压缩力学性能

以铝合金ZL301为基体,碳纤维叠层缝合织物为增强体,采用真空压力浸渗工艺制备叠层缝合碳纤维增强铝基(叠层缝合C_(f)/Al)复合材料。通过室温落锤冲击实验,研究冲击载荷及能量随时间的变化行为规律,采用光学显微镜和工业数字X射线成像系统观测其冲击损伤形貌,分析冲击损伤机理。通过冲击后压缩(CAI)实验,研究复合材料在不同冲击能量下沿经纱方向的剩余强度,观察压缩试样宏观与微观断口形貌,分析压缩失效机制。结果表明:冲击载荷作用下叠层缝合C_(f)/Al复合材料发生了显著的局部损伤,正面损伤区域出现了较明显的凹坑,而其背面出现明显的沿经向的裂纹,裂纹长度随冲击能量增加而增大,损伤模式主要表现为基体开裂和纤维断裂拔出;冲击后的经向压缩强度随冲击能量的增大而下降,压缩后的复合材料出现了从冲击裂纹端部沿纬纱方向扩展到试样边缘的横向裂纹,压缩宏观断口中纱线结构破坏严重程度随冲击能量的增加而加重,而压缩后的微观断口均呈现出纤维剪切断裂后参差不齐的形貌。

叠层缝合结构碳纤维/Al复合材料微观特征与高温弯曲性能

将M40J碳纤维(Cf)以叠层缝合结构编织成预制体,采用真空气压浸渗工艺制备成Cf/Al复合材料。在高温环境(350℃、400℃)下进行三点弯曲测试试验,通过SEM、TEM、EDS和XRD对材料的元素分布、物相组成、微观组织和界面特征进行观察分析,研究其高温弯曲性能,探讨该种材料在高温环境下弯曲失效机制。结果表明,制备的Cf/Al复合材料基体与增强体界面轮廓清晰且结合紧密,材料内部基体受残余拉应力。Cf/Al复合材料在350℃时的弯曲强度和模量分别为175.2 MPa和90.1 GPa,在400℃时为160.8 MPa和87.5 GPa;温度升高时叠层缝合结构Cf/Al复合材料的弯曲强度未出现大比例下降,其高温稳定性较其他编织结构更好。Cf/Al复合材料在高温环境下弯曲失效时受拉伸、压缩共同作用,其失效方式是基体开裂及部分纤维断裂,主导因素为基体在高温下软化和材料界面结合强度下降。

碳纤维编织结构对C_(f)/Al复合材料拉伸性能的影响

将M40J碳纤维以两种编织结构(三维正交和叠层缝合)织成预制体,用真空气压浸渗法制备C_(f)/Al复合材料,分别对两种结构的含缺口试样及相同尺寸的光滑试样进行拉伸力学性能试验,通过SEM、TEM对材料的微观组织和界面特征进行观察分析,研究两种编织结构C_(f)/Al复合材料含缺口试样的拉伸性能,讨论缺口对复合材料性能的影响以及不同编织结构的复合材料对缺口的敏感程度。结果表明,缺口使两种编织结构的C_(f)/Al复合材料拉伸性能均明显减弱,三维正交C_(f)/Al复合材料缺口试样的抗拉强度较光滑试样下降了141.3 MPa,降幅约为23.7%,其缺口拉伸敏感系数为1.31;叠层缝合C_(f)/Al复合材料缺口试样的抗拉强度较光滑试样下降了121.8 MPa,降幅约为28.9%,缺口拉伸敏感系数为1.41。叠层缝合结构对缺口较三维正交结构更为敏感。