服役溫度下C-SiC復(fù)合材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制及測試分析.pdf

1、連續(xù)碳纖維增強(qiáng)碳化硅(C/SiC)復(fù)合材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、耐磨、輕質(zhì)等優(yōu)勢，在航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用前景非常廣闊。然而，在高溫服役環(huán)境下C/SiC復(fù)合材料及構(gòu)件的失效問題一直限制了其廣泛應(yīng)用及可靠性評價(jià)，亟待發(fā)展新型實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)及設(shè)備表征其高溫力學(xué)性能。在高溫服役環(huán)境下常規(guī)的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)表征方法遇到了極大的挑戰(zhàn)，甚至完全失效。本文基于數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)發(fā)展了一種在服役溫度環(huán)境下實(shí)時(shí)表征C/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能的新方法，搭建了一套

2、高溫力學(xué)性能測試系統(tǒng)；在常溫下研究了C/SiC復(fù)合材料的斷裂及R曲線特性；在1000℃到1600℃內(nèi)研究了C/SiC復(fù)合材料彎曲力學(xué)性能；在常溫到1000℃內(nèi)研究了C/SiC復(fù)合材料的拉伸力學(xué)性能。具體工作內(nèi)容如下：
　　第一，自主設(shè)計(jì)和研制了一套基于數(shù)字圖像相關(guān)法的材料高溫力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)。主要包括萬能試驗(yàn)機(jī)、高溫加載設(shè)備、三維變形光學(xué)測試系統(tǒng)、高溫紅外濾光系統(tǒng)等。結(jié)合自主研制的高溫散斑制備工藝，實(shí)現(xiàn)了室溫到1600℃范圍內(nèi)

3、材料力學(xué)性能實(shí)時(shí)測試表征。
　　第二，在常溫下測試了C/SiC復(fù)合材料的斷裂韌性、斷裂強(qiáng)度及R曲線特性。采用基于數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)的單邊切口梁法得到了C/SiC復(fù)合材料在常溫下的斷裂韌性和斷裂強(qiáng)度；通過對樣品循環(huán)加載測試分析了 C/SiC復(fù)合材料的R曲線特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在常溫下C/SiC復(fù)合材料的斷裂韌性為7.81±0.12 MPa·m1/2，斷裂強(qiáng)度為223.23±3.5 MPa；在R曲線測試中，隨著裂紋的擴(kuò)展，其應(yīng)力強(qiáng)度因子

4、從4.68 MPa·m1/2增加到16.83 MPa·m1/2。
　　第三，在1000℃到1600℃范圍內(nèi)測試了C/SiC復(fù)合材料的斷裂韌性和斷裂強(qiáng)度。采用自主研制的材料高溫力學(xué)性能測試系統(tǒng)及高溫散斑制備工藝，在不同溫度下實(shí)時(shí)表征分析了C/SiC復(fù)合材料的斷裂特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在室溫到1600℃下，C/SiC復(fù)合材料的斷裂韌性由8.55 MPa?m1/2減小到2.26 MPa?m1/2，斷裂強(qiáng)度從269.36 MPa減小到82.

5、60 MPa；隨著溫度的升高，C/SiC復(fù)合材料的斷裂形式由脆性斷裂逐漸演變成韌性斷裂，呈現(xiàn)出不同的斷裂形貌。
　　第四，在常溫到1000℃范圍內(nèi)測試了C/SiC復(fù)合材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度。采用高溫三維變形光學(xué)測試系統(tǒng)研究了C/SiC復(fù)合材料的拉伸斷裂特性，得到了C/SiC復(fù)合材料在高溫下的彈性模量和拉伸強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在常溫下C/SiC復(fù)合材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度分別為62.7GPa和209.8MPa；從600℃到1000