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玻璃钢2009年第3期研究报告复合材料层合板的弯曲性能和试验张汝光（上海玻璃钢研究院有限公司，上海201404）摘要弯曲性能不用作设计参数。
而弯曲试验，由于方法简单，却广泛用于质量检验。
三点弯曲和四点弯曲试验，都存在剪切应力的影响，需要正确选择跨厚比，使剪切应力的影响降到最小。
弯曲模量和弯曲强度都是只对均匀层合板；对非均匀层合板，弯曲模量和弯曲强度没有物理意义，其弯曲性能应该用弯曲刚度和最大弯矩来表述。
关键词：层合板弯曲性能跨厚比1复合材料的弯曲试验和弯曲性能弯曲试验严格地说适用范围仅是均匀层合板（沿厚度均匀铺层）。
有人还提出，仅限于单向板或平面正交织物层合板。
对于非均匀层合板，其弯曲性能还取决于铺层顺序，已经是结构的性能了。
弯曲试验的性能计算公式，建立在假设正应变是沿厚度方向呈线性分布的；材料是均质的。
由于板材是均质的，因此应力（模量乘应变）也呈线性分布。
层合板的中性面就在中心面上，应力、应变都为零，向层合板上下表面达到最大绝对值。
由此，可推导出材料的弯曲模量和弯曲强度。
对于非均匀层合板，仍可以假设应变呈线性分布，但因为各层模量不同，应力分布已不呈线性。
弯曲试验方法给出的模量和强度计算公式不再成立了，不能使用。
非均质层合板也不存在材料弯曲模量和弯曲强度的物理概念。
对非均质层合板只能计算其弯曲刚度（弯矩和曲率比）和可承受的最大弯矩。
试件铺层顺序和厚度尺寸还应与结构物层板严格相同，否则测出数据对产品没有直接参考意义。
弯曲试验测出的挠度，除弯曲挠度外，还包含剪切挠度。
但在试验数据处理计算时按纯弯曲考虑，忽略了剪切影响。
因此计算出的模量要比拉伸测出的低。
而强度，由于是仅仅在试件中央最外层一点上（往往不是最薄弱点）承受最大应力，试件强度是试件在这一点上的强度；而拉伸试验是整个试件都承受一样的最大应力，试件的强度是整个试件中最薄弱处的12强度，因此弯曲试验的强度要比拉伸强度高。
由于弯曲试验时，试件同时存在剪切应力，为保证试件是弯曲破坏，而不是剪切破坏，需要通过跨厚比的选择，减小剪切应力。
碳复合材料弯曲试验标准
首先，试样的制备是非常关键的。
通常情况下，碳复合材料的
弯曲试验标准会规定试样的尺寸、形状和制备方法，以确保试验结
果的可靠性和可比性。
试样的制备过程需要严格遵循标准规定，以
避免制备过程对试验结果产生影响。
其次，试验装置也是至关重要的。
碳复合材料弯曲试验通常需
要使用专门的试验机和夹具来施加力并测量变形。
试验装置的设计
和使用必须符合标准规定，以确保施加的力和测量的数据准确可靠。
试验条件是另一个重要的方面。
碳复合材料弯曲试验标准通常
会规定试验的环境条件，例如温度、湿度等，以及施加力的速率和
持续时间。
这些条件对于评估材料的性能和行为至关重要。
数据采集和分析也是碳复合材料弯曲试验标准中不可或缺的部分。
标准通常会规定如何采集试验过程中的数据，并对数据进行分
析和处理的方法。
这些步骤对于得出准确的试验结果和结论非常重要。
总的来说，碳复合材料弯曲试验标准涵盖了试样制备、试验装
置、试验条件、数据采集和分析等多个方面，这些方面的规定和要求都旨在确保试验结果的准确性和可靠性，从而为碳复合材料的设计和应用提供参考依据。
玻璃钢2009年第3期研究报告复合材料层合板的弯曲性能和试验张汝光（上海玻璃钢研究院有限公司，上海201404）摘要弯曲性能不用作设计参数。
而弯曲试验，由于方法简单，却广泛用于质量检验。
三点弯曲和四点弯曲试验，都存在剪切应力的影响，需要正确选择跨厚比，使剪切应力的影响降到最小。
弯曲模量和弯曲强度都是只对均匀层合板；对非均匀层合板，弯曲模量和弯曲强度没有物理意义，其弯曲性能应该用弯曲刚度和最大弯矩来表述。
关键词：层合板弯曲性能跨厚比1 复合材料的弯曲试验和弯曲性能弯曲试验严格地说适用范围仅是均匀层合板（沿厚度均匀铺层）。
有人还提出，仅限于单向板或平面正交织物层合板。
对于非均匀层合板，其弯曲性能还取决于铺层顺序，已经是结构的性能了。
弯曲试验的性能计算公式，建立在假设正应变是沿厚度方向呈线性分布的；材料是均质的。
由于板材是均质的，因此应力（模量乘应变）也呈线性分布。
层合板的中性面就在中心面上，应力、应变都为零，向层合板上下表面达到最大绝对值。
由此，可推导出材料的弯曲模量和弯曲强度。
对于非均匀层合板，仍可以假设应变呈线性分布，但因为各层模量不同，应力分布已不呈线性。
弯曲试验方法给出的模量和强度计算公式不再成立了，不能使用。
非均质层合板也不存在材料弯曲模量和弯曲强度的物理概念。
对非均质层合板只能计算其弯曲刚度（弯矩和曲率比）和可承受的最大弯矩。
试件铺层顺序和厚度尺寸还应与结构物层板严格相同，否则测出数据对产品没有直接参考意义。
弯曲试验测出的挠度，除弯曲挠度外，还包含剪切挠度。
但在试验数据处理计算时按纯弯曲考虑，忽略了剪切影响。
因此计算出的模量要比拉伸测出的低。
而强度，由于是仅仅在试件中央最外层一点上（往往不是最薄弱点）承受最大应力，试件强度是试件在这一点上的强度；而拉伸试验是整个试件都承受一样的最大应力，试件的强度是整个试件中最薄弱处的· 1 ·强度，因此弯曲试验的强度要比拉伸强度高。
碳纤维复材弯曲强度1. 引言碳纤维复材是一种由碳纤维和树脂基体组成的复合材料。
由于其轻质、高强度和优异的机械性能，碳纤维复材在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到广泛应用。
其中，弯曲强度是评价碳纤维复材性能的重要指标之一。
本文将详细介绍碳纤维复材弯曲强度的相关内容。
2. 碳纤维复材的结构与性能2.1 碳纤维的结构与特点碳纤维是一种由石墨微晶聚合而成的纤维状材料，具有轻质、高模量和高拉伸强度等优点。
其结构主要由碳原子排列规整形成，具有高度各向同性。
2.2 树脂基体的作用与选择树脂基体在碳纤维复材中起到粘结和保护碳纤维的作用。
常见的树脂基体有环氧树脂、聚酰亚胺树脂等。
树脂基体的选择需要考虑其与碳纤维的相容性、粘结强度和耐久性等因素。
2.3 碳纤维复材的制备工艺碳纤维复材的制备工艺包括预浸法、层叠法和注塑法等。
其中，预浸法是最常用的制备工艺，其通过在碳纤维上涂覆树脂基体来制备复合材料。
2.4 碳纤维复材的机械性能碳纤维复材具有优异的机械性能，主要表现在高强度、高模量和低密度等方面。
其弯曲强度是评价其耐力极限的重要指标之一。
3. 碳纤维复材弯曲强度测试方法3.1 弯曲试验原理碳纤维复材弯曲试验是一种常用的测试方法，通过施加外力使样品发生弯曲变形，并记录加载-位移曲线来评估其弯曲性能。
3.2 弯曲试验设备常见的碳纤维复材弯曲试验设备包括万能材料试验机和弯曲试验机。
其中，万能材料试验机可用于多种力学性能测试，而弯曲试验机专门用于弯曲性能测试。
3.3 弯曲试样制备弯曲试样的制备需要根据标准规范进行，常见的试样形状有梁状、板状和圆柱状等。
制备过程中需要注意避免损伤碳纤维和保证样品的一致性。
3.4 弯曲试验步骤弯曲试验的步骤包括加载前的准备工作、施加外力使样品发生变形、记录加载-位移曲线以及计算和分析结果等。
4. 影响碳纤维复材弯曲强度的因素4.1 纤维体积含量纤维体积含量是指在碳纤维复材中纤维所占的体积比例。
复合材料的力学性能测试与分析引言：复合材料是由两个或多个成分组合而成的材料，通常包括纤维增强材料和基体材料。
由于其独特的结构和组分，复合材料具有优良的力学性能和广泛的应用领域。
在设计和制造复合材料制品时，力学性能的测试与分析非常重要，可以评估材料的强度、刚度和韧性等关键指标，指导工程应用中的设计和生产。
本文将深入探讨复合材料的力学性能测试方法和分析技术。
力学性能测试方法：1. 张力测试：张力测试用于测量材料在施加纵向拉力时的承载能力。
一种常用的方法是单轴拉伸测试，其中样品被拉伸直至断裂，通过测量施加的力与应变之间的关系，获得材料的应力-应变曲线。
这个曲线可以提供材料的强度和刚度等信息。
2. 压力测试：压力测试旨在测量材料的抗压能力。
常见的方法是将样品置于压力机之间，逐渐施加压力直至样品破裂。
通过测量施加的压力与应变之间的关系，可以评估材料的抗压强度和变形能力。
3. 剪切测试：剪切测试用于测量材料在剪切加载下的表现。
通常使用剪切试验机在两个表面之间施加剪切力，测量材料的剪切应力与应变关系。
这个关系提供材料的剪切强度和剪切刚度等参数。
力学性能分析技术：1. 杨氏模量：杨氏模量是描述材料刚度的指标，表示材料在受力时的应变响应。
通过施加小应力并测量产生的应变，可以计算出材料的杨氏模量。
杨氏模量越大，材料的刚度越高。
2. 弯曲强度：弯曲强度是评估复合材料抵抗在横向加载下发生弯曲的能力。
通过施加弯矩并测量产生的应力，可以计算出材料的弯曲强度。
弯曲强度高的材料在横向应力下更为耐用。
3. 破坏韧性：破坏韧性是评估复合材料耐受冲击或断裂的能力。
常用的测试方法是冲击测试，通过施加冲击力并测量导致的破损面积，可以评估材料的破坏韧性。
高韧性材料能够吸收能量并减缓破坏过程。
实例分析：以碳纤维增强复合材料为例，进行实例分析。
碳纤维增强复合材料由碳纤维作为纤维增强材料，环氧树脂作为基体材料组成。
首先进行张力测试，测量样品在单轴拉伸下的强度和应变。
第35卷第5期2021年5月Vol.35,No.5May,2021中国塑料CHINA PLASTICS混杂比对交织芳纶碳纤维复合材料力学性能的影响杨莉，陈缘，丁峰,徐珍珍(安徽工程大学纺织服装学院，安徽芜湖241000)摘要：为了分析混杂比对层内混杂复合材料力学性能的影响，利用交织方式制备芳纶碳纤维混杂增强体织物，并通过交织物纬纱系统中芳纶与碳纤维的纱线配置比例调整碳纤维在增强体结构中的混杂比。
采用真空辅助成型技术制备层内混杂结构的芳纶碳纤维混杂(ACFH)复合材料，并对复合材料的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能进行测试。
结果表明，增强体纬向系统中芳纶与碳纤维的不均质性对ACFC复合材料经方向上的拉伸强度起消极作用;混杂比的增加对ACFC 复合材料的纬向拉伸破坏和弯曲损伤具有抑制作用;纬向上,ACFC复合材料的拉伸强度最高提高了近6倍,弯曲强度最小增加了4.04倍;芳纶与碳纤维混杂协同作用有利于ACFC复合材料的抗冲击性能改善，且混杂比存在最佳值。
关键词：碳纤维;芳纶纤维;混杂复合材料;力学性能中图分类号：TQ321.2文章编号:1001-9278(2021)05-0040-07DOI：10.19491/j.issn.1001-927&2021.05.007Influence of Hybrid Ratio on Mechanical Properties of Aramid/Carbon Hybrid Fiber Composites with Interwoven StructureYANG Li,CHEN Yuan,DING Feng,XU Zhenzhen(Department of Textiles and Apparel,Anhui Polytechnic University Wuhu,Anhui241000,China)Abstract：To analyze the effect of hybrid ratio on the mechanical properties of intralayer hybrid composites,an aramid/ carbon fiber-hybrid-reinforced fabric was prepared by interweave,and the blending ratio of carbon fiber in the reinforcement structure was adjusted by the ratio of aramid fiber to carbon fiber in the weft yam system.The aramid/carbon fiber-reinforced epoxy composites with a hybrid structure were prepared by vacuum assisted molding,and their tensile,flexural and impact properties were investigated.The results indicated that the heterogeneity of aramid and carbon fibers in the latitudinal reinforcement system had a negative effect on the tensile strength of the composites in the warp direction.The increase of hybrid ratio could inhibit the tensile and bending damage of the composites.In the weft direction,the tensile strength and bending strength of the composites increased by6and4.04times.The synergistic effect of aramid and cai^ bon fibers leads to an improvement in the impact resistance of the composites as well as an optimal hybrid ratio.Key words:carbon fiber；aramid fiber；hybrid composite;mechanical property0前言混杂纤维增强复合材料的概念最早是由日本的Hayashi提出的，旨在通过由2种或2种以上的增强纤维混杂达到弥补单一增强纤维存在的缺点和不足切。
碳纤维复材弯曲强度碳纤维复材是一种由碳纤维与树脂基体组成的复合材料，具有很高的强度和刚度，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
其中，弯曲强度是评估碳纤维复材性能的重要指标之一。
本文将以碳纤维复材弯曲强度为主题，介绍其特性、测试方法以及影响因素，对于了解碳纤维复材的性能以及指导材料设计和工程应用具有重要意义。
首先，碳纤维复材具有优异的弯曲强度，这得益于其独特的结构和特性。
碳纤维是由碳元素构成的纤维，在纤维的制备过程中，经过高温处理和拉伸使得纤维呈现出优异的力学性能。
树脂基体作为一种粘结剂，能够很好地固定碳纤维，增强其整体强度和刚度。
由于树脂的柔韧性和碳纤维的刚脆性能互补，碳纤维复材能够在受力时充分发挥各自的特点，具有更高的弯曲强度。
其次，测试方法是评估碳纤维复材弯曲强度的关键。
常用的测试方法有三点弯曲试验和双辊弯曲试验。
三点弯曲试验通过在材料上施加力，产生弯曲应力，测量材料的弯曲变形和弯曲破坏状态，从而计算出弯曲强度。
双辊弯曲试验则将材料分别固定在两个辊子之间，通过施加外力使材料产生弯曲，测量辊子的位移和材料的应变，计算出弯曲强度。
两种方法各有优劣，需要根据实际需要进行选择。
最后，影响碳纤维复材弯曲强度的因素有很多。
首先是纤维的性质和排列方式。
碳纤维的直径、长度、排列密度和层叠方式等都会对复合材料的弯曲强度产生影响。
其次是树脂基体的性质和粘结性能。
树脂的硬度、柔韧性、粘结强度等都会对复合材料的弯曲强度产生重要影响。
此外，还有工艺参数、环境因素和结构设计等因素也会对弯曲强度造成一定影响。
综上所述，碳纤维复材弯曲强度是评估材料性能的重要指标之一。
了解碳纤维复材的特性、测试方法和影响因素对于指导材料设计、优化工艺参数和提高工程应用具有重要意义。
未来，随着技术的不断进步和应用领域的扩大，碳纤维复材弯曲强度将迎来更广阔的发展前景，并在诸多领域中发挥更重要的作用。
碳纤维复合材料的性能测试及应用碳纤维复合材料是一种可以代替传统金属材料的新型材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
然而，随着需求的不断增长，对碳纤维复合材料性能的测试也变得越来越重要。
本文将讨论碳纤维复合材料的性能测试及其在不同领域的应用。
一、碳纤维复合材料的性能测试1.强度测试碳纤维复合材料的强度是其最重要的性能之一。
强度测试通常使用拉伸、弯曲、剪切等测试方法。
拉伸测试是最常用的测试方法，通过测量试件在固定距离内的变形来确定其弹性模量和极限强度。
弯曲测试则通过测量试件在弯曲时的变形和应力来确定其弯曲强度和弹性模量。
剪切测试用于衡量试件的剪切强度和剪切模量。
2.热性能测试碳纤维复合材料的热性能对其在高温环境下的应用具有重要意义。
热性能测试主要包括热膨胀系数、热导率、热传导率的测试。
这些测试方法可以确保碳纤维复合材料在高温下具有良好的耐久性。
3.耐腐蚀性测试碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能，在海洋和化学工业等领域有广泛的应用。
因此，耐腐蚀性测试成为了一种重要的测试方法。
测试方法包括对试件进行腐蚀试验观察其变化程度，通过改变温度、浓度和时间等参数来确定试件的耐久性。
二、碳纤维复合材料的应用1.航空航天领域碳纤维复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用。
其中最显著的应用是飞机结构件。
由于碳纤维复合材料具有极佳的强度和刚度，使得使用它制造的飞机部件可以在保持安全性的前提下达到更轻的重量，显著降低了飞机的重量和油耗。
此外，碳纤维复合材料还可以用于制造导弹、卫星等航空航天器件。
2.汽车领域碳纤维复合材料可以大幅降低汽车的重量，提高燃油效率。
由于汽车的重量是燃料效率的最主要因素之一，因此利用碳纤维复合材料来制造汽车结构件，可以进一步推动汽车工业的可持续发展。
在高端豪华车市场上，碳纤维车身已经得到广泛应用，而在普及领域，由于成本问题，碳纤维复合材料还需要进一步推广。
基体和碳纤维界面结合性能对碳纤维树脂基复合材料性能的影响
基体和碳纤维界面结合性能对碳纤维树脂基复合材料的性能有重要影响。
下面是具体影响方面的解释：
力学性能：碳纤维树脂基复合材料的力学性能主要取决于基体和碳纤维之间的结合强度。
优良的界面结合性能可以有效地将应力转移给碳纤维，实现更高的拉伸、弯曲和剪切强度，提高复合材料的整体强度和刚度。
疲劳性能：碳纤维树脂基复合材料在循环加载下容易发生疲劳破坏。
界面结合性能不仅影响材料的静态强度，还直接影响其疲劳寿命和耐久性。
优异的界面结合性能可以减少应力集中和裂纹扩展，延长材料的使用寿命。
阻尼性能：碳纤维树脂基复合材料的阻尼性能对振动和冲击吸收至关重要。
优良的界面结合性能可以提供有效的能量耗散途径，增加材料的阻尼能力，减少振动和冲击的传播，提高结构的耐久性和抗震性能。
耐化性能：界面结合性能还可以影响碳纤维树脂基复合材料的耐化学介质性能。
若基体与碳纤维界面结合不牢固，容易导致水分、溶剂和化学物质渗透到界面间隙中，破坏界面结合并引起材料的劣化。
因此，为了优化碳纤维树脂基复合材料的性能，需要在制备工艺和界面改性上重视基体和碳纤维之间的界面结合性能，提高结合强度、增强界面粘合，以实现更好的力学性能、疲劳寿命、阻尼性能和耐化学性能。
文章编号:100023851(2000)022*******收稿日期:1998211219;收修改稿日期:1999201226作者介绍:曾燮榕(1963),男,博士,教授,主要从事金属材料、复合材料组织结构与性能的研究。
M oSi 2-Si C 抗氧化涂层对碳 碳复合材料弯曲性能的影响曾燮榕,李贺军,侯晏红,张建国,单 玲,陈 伟(西北工业大学材料科学与工程学院,西安710072)摘 要: 在C C 复合材料表面制备了M oSi 22Si C 抗氧化涂层,分析了涂层工艺对C C 复合材料组织的影响,测试了材料的室温弯曲力学性能。
结果表明,该工艺在C C 复合材料表面生成抗氧化涂层的同时,基材内部的层间和纤维束界面,以及孔隙周围也被硅化。
C C 复合材料经涂层工艺处理后,弯曲断裂行为发生改变,弯曲强度明显升高,塑性有一定程度的降低。
关键词: 碳 碳复合材料;抗氧化涂层;弯曲性能;组织中图分类号: TB 332;V 257 文献标识码:AI NVESTI GATI ON OF M I CR OSTRUCTURE AND F L EXURAL BEHAV I ORF OR OX I DATI ON PR OTECTI ON COATE D C C COM POSI TESZEN G X ie 2rong ,L I H e 2jun ,HOU Yan 2hong ,ZHAN G J ian 2guo ,SHAN L ing ,CH EN W ei(Institute of M aterials Science and Engineering ,N orthw estern Polytechnical U niversity ,X i ′an 710072)Abstract : M echanical p roperties of M oSi 22Si C oxidati on resistan t coated C C composites w ere inves 2tigated by th ree 2po in ts bending tests .T he m icro structure of coated C C composites and flexural frac 2ture surface ,and the interface characteristics of C C composites w ere investigated ;the influences of oxidati on p rotecti on coating and its p rocess on the flexuralm echanical behavi or of these m aterials w ere analyzed .T he results show ed that w ith the p rogress of the coating p rocess ,Si C conversi on layer w as for m ed in the interfaces of carbon fiber carbon m atrix and fiber bundle m atrix ,and open pores or gap s ex isting w ith in the composites.O n the other hand ,the pyro 2carbon m atrix converted into Si C w as easier than the carbon fiber .A fter infiltrati on p rocess ,the fracture behavi o r of C C composite w as changed .A ls o the correlati on betw een m icro structure and fracture behavi or w as discussed w ith the SE M results.Key words : C C compo site ;ox idati on resistant ;coating ;m icro structure ;flexural behavi or 碳 碳(C C )复合材料具有优异的高温力学性能,但无法抵御氧化的侵蚀。
涂层是解决C C 复合材料氧化的有效方法,但其不可避免地对材料的性能产生影响。
涂层对C C 复合材料性能的影响主要是指涂层在制备过程中发生的物理与化学变化,如粘结、相变、反应和扩散等对基体材料的静态和动态等力学特征的影响。
理想的涂层应该是以尽可能不影响基材的性质为前提,但由于涂层类型和制备工艺的多样性,其表现出的影响规律也相当复杂[1～5]。
因此,深入、全面地了解涂层对基体材料组织和力学性能的影响,是判断和掌握涂层的最佳结构和使用性能的客观需要。
针对以上问题,本文中以具备高温持久防氧化能力的M oSi 22Si C 涂层为对象[6,7],研究了该涂层及其制备工艺对C C 复合材料组织和室温弯曲性能的影响。
1 实验方法1.1 涂层制备工艺 试样采用碳布叠层CV I 法制备的2D 2C C 复合复合材料学报A CTA M A T ER I A E COM PO S ITA E S I N I CA第17卷 第2期 5月 2000年V ol .17 N o .2 M ay 2000材料,经过2200℃高温石墨化处理,密度为1.72g c m 3。
涂层制备由固相扩散2浸渗工艺制备,以Si、M oSi 2等为涂料,A r 气保护下高于1600～2000℃对试样分别进行扩散反应和浸渗处理后,试样表面形成M oSi 22Si C 双相复合涂层,具体工艺过程见文献[6]。
1.2 弯曲力学测试 试样尺寸为50mm ×6mm ×3mm ,采用三点弯曲方法测试了涂层工艺前后材料的室温弯曲性能,跨距L =45mm ±0.02mm ,沿碳布层面垂直方向加载,加载速度为0.5mm m in 。
每组试样数量7个,有效试样不少于5个,取其平均值作为该条件下C C 复合材料的弯曲性能指标。
1.3 组织与断口分析 由扫描电镜对C C 复合材料涂层工艺前后的组织、涂层结构、界面,以及弯曲试样的断口形貌进行了观察和分析。
涂层及基体成分由能谱仪进行分析。
2 结果与分析2.1 工艺对组织的影响 C C 复合材料表面生成的抗氧化涂层如图1所示,涂层厚度约200Λm ,为M oSi 2和Si C 组成的复相组织。
显微分析表明,M oSi 2仅分布于涂层,没有在C C 基材内部发现,说明M oSi 2组元在涂层制备过程中对C C 基材组织没有明显的影响。
图1 C C 复合材料表面的抗氧化涂层 (白色为M oSi 2,暗色为Si C )F ig .1 SE M m icrostructure of the M oSi 22Si C coating 图2为涂层工艺前后C C 复合材料断面形貌,从中可以看到拔出的单根纤维和脱粘的纤维束界面,在纤维及纤维束上均匀沉积有热解碳,并且清晰可见热解碳中心的碳纤维露头。
在原材料中,拔出的图2 涂层工艺前后C C 复合材料断面形貌F ig .2 F racture surface morphol ogy of the C C and coated C C composite单根纤维上的热解碳表面和束间界面光滑平整,但经涂层工艺后,纤维表面和束间界面变得粗糙不光滑,并存在一明显薄层,经能谱分析,这些部位含有涂层渗料成分Si 元素,表明该薄层为新生成的Si C 。
与热解碳的情况不同,基材组织中的碳纤维没有出现渗Si 现象,没有受到涂层工艺的影响,仍保持原有的结构。
通过观察涂层试样整个断面组织,发现在材料内部,Si C 在热解碳基体上生成,尤其是位于层间界面、纤维束间界面,以及层间孔隙周围的热解碳,均有白色的Si C 薄层生成(图3)。
图3 涂层试样横截面组织形貌F ig .3 SE M m icrostructure of the coated C C composite Si 作为渗料中的一种重要组元,通过与碳反应・74・曾燮榕,等:M oSi 22Si C 抗氧化涂层对碳 碳复合材料弯曲性能的影响表1 C C 复合材料涂层处理前后的弯曲性能Table 1 Flexure m echan i ca l properti es of the C C and coa ted C C co m posite弯曲性能弯曲模量 GPa弯曲强度 M Pa失稳断裂功 J ・m -2载荷最大处的挠度 mm原始试样9.75±0.24138.0±7.613.51.26涂层试样10.53±0.28161.2±7.813.21.15在C C 复合材料表面生成Si C 涂层[6]。
由于C C 复合材料是多孔性的材料,尤其层间和纤维束间分布有许多较大的孔隙(见图3),在涂层制备时,Si 沿这些部位快速向基体内部迁移,以及沿束间和层间界面的短路扩散,使Si 的影响深达材料内部,分布于整个断面,并优先在这些部位生成Si C ,造成基材的组织结构在局部发生变化。
结果分析表明,涂层工艺对CVD 2C C 复合材料组织的影响,主要表现为Si 组元对层间界面和热解碳的扩散反应。
2.2 弯曲力学行为分析 原始和涂层试样的三点弯曲试验结果列于表1。
结果表明,涂层试样的弯曲模量、弯曲强度较原始试样有不同程度的提高,其中弯曲强度提高近25%,弯曲模量提高8%。
对于韧性和塑性指标,失稳断裂功和载荷最大时的挠度值虽有一定程度的降低,但下降幅度不超过9%,与强度指标相比,其变化不是很显著。
图4 原始与涂层试样的弯曲载荷2挠度曲线F ig .4 F lexural curve of the C C and coated C C composite C C 复合材料涂层前后的载荷2挠度曲线表明,经涂层工艺后,材料的弯曲力学行为发生显著的改变,弯曲破坏由假塑性转变为脆性(图4)。
结果表明,C C 复合材料在达到最大载荷前,载荷与挠度偏离直线关系,发生了非弹性变形,在载荷达最大后,载荷随变形增加呈缓慢下降趋势,整个变形过程具有塑性变形和破坏特征,表现出明显的假塑性行为。
经涂层工艺后,虽然承载能力明显提高,但由于最大载荷前的曲线近似呈直线关系,尤其在达到最大载荷后,承载能力迅速下降,材料向脆性破坏倾向转变。
图5 不同状态试样的弯曲断口SE M 形貌F ig .5 F racture surface of the C C composites after flexure test 由图5断口形貌可知,原始试样断裂面粗糙,纤维束和层间界面脱粘,裂纹沿界面“之”字形扩展,层间呈梯次破坏,纤维具有拨出断裂特征,材料表现为层间界面梯次分离和纤维部分拔出的混合破坏形式(图5(a ))。
