3D-C/SiC复合材料的损伤机理

摘要

陶瓷基复合材料在热结构中潜在着许多用途 ,但对 3D C/SiC材料高温损伤尚不完全清楚。本工作用T3 0 0碳纤维编织为三维四向编织体 ,编织角 2 2° ,用CVI化学气相渗法在 95 0℃～ 10 0 0℃沉积热解碳界面层、SiC基体。最终得到纤维体积分数约为 40 %、热解碳界面层厚度约 0 .2微米和空隙率为 17%的复合材料 ,表面SiC涂层厚度为 5 0 μm。基体由于热应力和外力会产生许多微裂纹 ,用单向陶瓷基复合材料裂纹计算公式可大致估算出 3D C/SiC的基体开裂应力和裂纹间距。纤维束间的孔隙在蠕变中变形 ,孔隙表面基体易产生微裂纹 ,而且纤维束间的夹角不断改变。蠕变是损伤引起的 ,属于损伤蠕变机理。弯曲、断裂韧度、蠕变及疲劳等试验中 ,纤维束力图沿拉应力方向伸直 ,纤维束间相对滑动并产生损伤是细观主要的损伤机理。室温及疲劳循环应力低、循环周次多的断口粗糙度大 ,纤维拔出较长 ;高温及高应力、循环周次少的断口相对齐平 ,纤维拔出较短。纤维束与基体界面和纤维与基体界面的脱粘和滑动产生损伤中 ,以纤维束与基体之间的磨损产生的损伤为主要的 。