碳纤维增强层状木材陶瓷的结构特征与力学行为研究

以液化木材和炭粉制备的片状木材陶瓷为基体材料、以碳纤维为增强材料,通过结构设计和应力应变分析建立单元结构模型和应力应变模型。SEM观测结果显示:根据结构模型所制备的试件具有典型的层状结构,且在断裂过程中有利于裂纹偏转。力学行为分析表明:在脱粘之前,载荷主要集中在基体材料上,当发生脱粘后载荷则主要由增强材料承担。同时,由于层状结构和增强碳纤维的运用使得力学性能大幅度提高,尤其是断裂韧性得到明显改善,在一定程度上能够避免脆性断裂的发生。

碳纤维增强层状木材陶瓷的界面结构及受力分析

为了研究纤维增强木材陶瓷复合材料的界面结构与受力情况,利用液化木材、炭粉和碳纤维制备层状结构木材陶瓷。采用扫描电镜和高分辨率透射电镜对其基本结构与界面进行观测,并通过显微拉曼光谱检测拉伸试件G’峰的位移来判断界面的结合情况。同时,基于双线性软化本构模型,采用Abaqus软件对界面层在应力传递中的作用与方式进行了数值分析。扫描电镜与透射电镜的观测表明:碳纤维增强木材陶瓷具有清晰的层状结构,且无定形碳与玻璃碳之间存在强界面结合。拉曼光谱的测试发现:加压烧结试件拉伸后的G’峰向低波数的位移更大,证明加压烧结能够改善玻璃碳与碳纤维之间界面的结合强度。数值分析显示:在受力过程中,界面层对碳纤维与基体材料之间的应力传递起着重要作用,同时,随着界面层强度与厚度的增加,其所能承受的载荷增大,传递给基体材料的等效应力也随之增加。