增强体形态、分布对铝基复合材料力学性能的影响

研究了SiCP均匀增强、SiCP集中增强、(Si3N4)P网络骨架增强以及碳纤维三维编织增强等铝基复合材料的常规力学性能。结果表明,相比于均匀颗粒增强的材料,SiCP集中增强的材料模量较低,但强度较高;Si3N4网络骨架增强材料强度提升很大,但作为增强体的Si3N4网络骨架对模量增强的贡献与均匀颗粒增强的材料相近;连续碳纤维增强材料的模量和强度与预测值都有很大差距。比较实验结果发现,SiCP集中增强材料综合性能较好,双重增强结构成功达到了设计的目的,使得材料同时兼备了较好的强度、刚度和韧塑性。

增强体形态、分布对铝基复合材料力学循环特性的影响研究

制备了4种不同增强形式的铝基复合材料:SiC_p均匀增强(A)、SiC_p集中增强(B)、Si_3N_4网络骨架增强(C)以及碳纤维三维编织增强(D),研究了它们在各种循环应力幅度和循环次数下的力学响应规律以及预力学循环对常规力学循环性能的影响。研究表明,在力学循环过程中,材料A、B、C均存在循环硬化,并都在最初10次循环内达到稳定;存在一个特定的预加载应力幅σ_a^m,能使材料的屈服强度达到最理想;作为非连续增强体SiC_p增强材料A,其T6时效态的屈服强度明显优于其他材料;连续增强体Si_3N_4网络陶瓷增强材料C强度较高而塑性不足;SiC_p集中增强材料B兼具了非连续增强体和连续增强体的塑性和韧性;碳纤维增强材料D由于内部碳纤维混乱排布导致在力学循环过程中产生了循环软化。

玻纤分布层合热塑性复合材料的力学性能及其失效行为

使用连续玻纤毡和玻纤网格布两种形态增强体,通过宏观不均匀增强体结构设计,在连续化运行的双钢带压机上制备得到了玻纤分布层合热塑性复合材料,探讨了玻纤增强体分布层合结构对复合材料力学性能及其失效破坏行为的影响。结果表明,玻纤增强体的宏观不均匀层合结构对复合材料的拉伸及弯曲性能的影响存在差异;连续玻纤毡位于外侧的分布层合结构能够抑制裂纹在垂直于拉力方向的扩展,层间分离的同时使更多的纤维束拔出断裂,显著改善了复合材料的拉伸性能;玻纤网格布位于外侧的分布层合结构则使其弯曲性能明显提高,外侧玻纤网格布中取向的玻纤呈现张力破坏使复合材料能够承受更高的弯曲载荷;分布层合结构中引入的玻纤网格布发挥了纤维束增韧作用,大幅提高了复合材料的冲击强度;与玻纤毡增强热塑料复合材料(GMT)相比,适宜的分布层合结构可使复合材料的拉伸及弯曲性能提高59%~76%、冲击强度提高53%。

C纤维和SiC纤维增强SiC基复合材料微观结构分析

为减缓由于碳纤维与碳化硅基体热膨胀系数差异导致的微裂纹的产生,同时采用了C、SiC纤维作为增强体,通过有机前驱体浸渍裂解法(PIP)制备了(C-SiC)f/SiC复合材料,并通过扫描电子显微镜对复合材料的显微结构进行了分析,研究了复合材料中纤维排布方式以及基体相组成。研究发现,采用扫描电子显微镜的方法能够清晰地分辨出复合材料中各相的存在形式。从复合材料抛光面分析可以发现,在纤维束交错处存在束间基体聚集区域。复合材料基体主要由具有不同衬度的两相组成,分别是由含纳米SiC粉体浆料裂解产物和有机聚合物前驱体(PCS)裂解产物。PCS裂解产物主要呈带状,分布在浆料裂解过程中形成的裂纹和微孔中。