Al2O3-復(fù)合材料多疊層材料的力學(xué)性能研究.pdf

1、本文從天然生物陶瓷材料貝殼的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系出發(fā)，設(shè)計制備了Al2O3/復(fù)合材料多疊層材料。該結(jié)構(gòu)材料能夠充分發(fā)揮陶瓷材料優(yōu)異性能，同時能夠克服陶瓷材料脆性大、對缺陷敏感的缺點，大大提高了材料在應(yīng)用中的可靠性，具有良好的應(yīng)用前景。
　　 采用層壓固化法制備了復(fù)合材料/陶瓷…陶瓷/復(fù)合材料交替疊層的Al2O3/復(fù)合材料多疊層材料。對多疊層材料試樣進(jìn)行了力學(xué)性能測試，并應(yīng)用熒光光譜法測定了三點彎曲實驗中試樣破壞前陶瓷層的應(yīng)力分布。結(jié)果

2、表明:
　　 (1)與單體氧化鋁陶瓷相比，多疊層材料的彎曲彈性模量有不同幅度的降低;//型加載（位移載荷平行于材料厚度方向）時抗彎強度降低了29％，其值為233MPa;而⊥型加載（位移載荷垂直于材料厚度方向）時抗彎強度增加了21％，其值為396MPa。
　　 (2)單體氧化鋁陶瓷表現(xiàn)為典型的脆性斷裂，其抗彎強度等于破壞極限;多疊層材料的破壞是一種逐漸的失效過程，并且沒有完全斷裂，破壞后的試樣中存在大量裂紋。
　　

3、 (3)與單體氧化鋁陶瓷相比，多疊層材料的載荷-位移曲線更復(fù)雜:載荷在上升階段表現(xiàn)為“階梯形”增長，達(dá)到最大值后并不立刻下降至零，而是先降低到一個較低值，經(jīng)過一些波折后逐漸降低至零。
　　 (4)熒光光譜測得的材料的應(yīng)力分布趨勢與理論預(yù)測相吻合。
　　 在有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA中編制了程序包，能夠有效地模擬多疊層材料三點彎曲實驗過程中//型加載和⊥型加載情況下的應(yīng)力分布情況，以及裂紋擴展過程和與之對應(yīng)的

4、載荷-位移曲線。分析裂紋擴展過程和與之對應(yīng)的載荷-位移曲線發(fā)現(xiàn):由于⊥型加載情況下裂紋擴展路徑更長，而且復(fù)合材料可承載的垂直厚度較大，⊥型加載試樣的相對斷裂功高于//型加載試樣。并且研究了不同材料層數(shù)、陶瓷/復(fù)合材料的層厚比、界面結(jié)合強度和軟夾層材料時，多疊層材料的斷裂韌性的變化趨勢。結(jié)果表明:
　　 多疊層材料的層數(shù)、陶瓷/復(fù)合材料層厚比和界面結(jié)合強度的取值在一定范圍時才具有增韌效果。最優(yōu)參數(shù)組合的多疊層材料，//型加載試樣的