3D C/C复合材料超高温剪切性能试验研究

摘要

C/C复合材料同时结合了纤维增强复合材料高性能、可设计性和碳素材料优异的高温性能和化学稳定性等优点,广泛地应用于固体火箭发动机喷管、高速飞行器头部与翼前缘等热端部件。怎样正确评价C/C复合材料的超高温力学性能,成为了其能否合理使用的关键因素之一。本文将基于C/C复合材料良好导电特性的试样直接通电加热技术与复合材料双切口压缩剪切试验技术(DNS)相结合,提出了一种可用于温度达3000℃的材料超高温剪切性能试验方法。利用该方法完成了3D C/C复合材料室温~2800℃温度范围的剪切性能试验研究,红外热像仪测试结果显示在试样标距区内温度场分布较均匀,全场应变测试系统测试结果显示在试样标距区内应变分布较均匀,室温下双边切口压缩试验方法与Iosipescu试验方法测试剪切强度具有好的一致性,该方法适用于C/C复合材料超高温剪切性能试验研究。3DC/C复合材料具有显著的剪切非线性,剪切强度在一定温度范围内随温度的升高而增加,在2400℃左右达到最大值,而后随温度增高而降低;材料的主要破坏模式为薄弱面的宏观裂纹扩展、纤维束剪切破坏与拔出。