Cf-Al復(fù)合材料的缺陷表征與斷裂機理研究.pdf

1、隨著連續(xù)碳纖維增強鋁基復(fù)合材料(Cf/Al)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用研究的深入，其產(chǎn)品缺陷檢測及質(zhì)量評價等已成為不可缺少的環(huán)節(jié)。然而，目前國內(nèi)還沒有關(guān)于Cf/Al中缺陷與性能之間相關(guān)規(guī)律的研究。本文針對 Cf/Al中典型的缺陷類型，設(shè)計、制備了人工零強度夾雜、鋁層和分層缺陷以及圓形通孔來模擬Cf/Al中的制備和結(jié)構(gòu)缺陷。對比分析了真實缺陷和人工缺陷的組織形貌特征，利用無損檢測手段對缺陷進行表征和識別。研究了缺陷對Cf/Al力學(xué)性能的影響規(guī)律以

2、及含缺陷Cf/Al的斷裂機理。
　　人工缺陷置于試樣中部，在試樣橫截面上所占面積均為10×0.2mm2，缺陷沿試樣長度方向的尺寸取不同值，結(jié)合無損檢測技術(shù)確認缺陷的尺寸和位置。力學(xué)性能測試結(jié)果表明，加入尺寸為10×0.2×10~30mm的人工夾雜缺陷時，Cf/Al的抗拉強度下降30~42％，彈性模量下降5~17%，加入尺寸為10×0.2×5~20mm人工夾雜缺陷時，材料的抗彎強度下降13~31%，隨著夾雜尺寸的增加，拉伸強度和彎曲

3、強度的下降趨勢都趨于平緩；人工鋁層缺陷對 Cf/Al的性能影響不明顯，適當(dāng)尺寸的鋁層使得強度提高；尺寸10×0.2×10mm的人工分層缺陷使Cf/Al的抗拉強度下降5%，彈性模量下降7%。平板試樣中部Ф0.5~2mm的圓形通孔使有效承載面積減少5~20%，Cf/Al的抗拉強度下降23~32%，隨著圓孔直徑的增加，抗拉強度的下降趨勢趨于平緩。
　　通過SEM原位觀察和斷口觀察，研究了含缺陷Cf/Al的斷裂過程和微觀機理。結(jié)果表明，C

4、f/Al呈脆性斷裂，含缺口試樣的三點彎曲斷裂失效過程分為四個階段：①微損傷萌生；②裂紋長大以及新的損傷萌生；③各處微損傷合并形成主裂紋；④主裂紋尖端沿最大應(yīng)力方向擴展貫穿，全面失效。
　　含夾雜缺陷試樣在三點彎曲載荷作用下的斷裂過程包括夾雜層下方Cf/Al中形成主裂紋，主裂紋與夾雜層中的缺陷合并貫通以及試樣的全面失效三個階段。含鋁層缺陷試樣在三點彎曲載荷作用下的斷裂過程包括鋁層下方Cf/Al中形成主裂紋，鋁層與Cf/Al的界面分離