[发明专利]测试碳纤维增强碳材料的纤维束和基体间界面强度的方法

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种测试碳纤维增强碳材料的纤维束和基体间界面强度的方法。

背景技术

纤维增强碳基体(碳碳)复合材料是一类以碳纤维为增强体、以碳质材料为基体、基本化学组成为单一的碳元素特殊组成，由碳纤维、基体碳、不同层次界面层和显微孔隙和裂纹四部分微观结构组成的功能复合材料，具有耐高温、低密度、高比模、高比强、抗热震、耐腐蚀、摩擦性能好、热膨胀系数小等优异性能。目前，碳碳复合材料作为耐摩擦、热防护、抗核辐射等结构材料广泛应用于航空航天、核能、国防以及许多民用工业等领域。通常碳纤维是以纤维和纤维束两种形式存在于碳碳复合材料中，在碳碳复合材料中可以形成纤维束/基体碳间界面层，其界面层作为碳碳复合材料中的重要组成部分，成为连接纤维束、基体两个基本组分的桥梁，具有传递效应、阻断效应、不连续效应、吸收效应和诱导效应等，对碳碳复合材料的综合性能有着极其重要的影响。

由于碳碳复合材料中碳纤维束的直径一般在0.55～0.62mm范围，目前测试碳碳复合材料的纤维束和基体间界面强度的方法多采用纤维束拔出法等，在将纤维束从复合材料中剥离制样过程中容易损伤纤维束强度和形态，并存在制样困难的问题，难以应用于碳碳复合材料的纤维束和基体间界面强度的测试。

发明内容

本发明为解决现有的碳碳复合材料中纤维束和界面间界面强度检测方法在将纤维束从复合材料中剥离制样过程中存在的容易损伤纤维束强度和形态、制样困难的问题，提出一种测试碳纤维增强碳材料的纤维束和基体间界面强度的方法。本发明包括以下步骤：

步骤A、截取与待测纤维束轴向垂直的碳碳复合材料样品，并进行逐级均匀减薄和抛光处理，得到待测的碳碳复合材料样品；

步骤B、将待测的碳碳复合材料样品固定在水平位移样品台的支撑狭缝上；

步骤C、通过顶出系统对待测纤维束施加轴向压力，使受压待测纤维束端部与周围基体间逐渐发生界面脱粘，并且在受压待测纤维束脱离基体过程中记录纤维束被顶出的载荷与位移之间关系以及待测纤维束顶出的最大力值f；

步骤D、通过待测纤维束顶出的最大力值和顶出纤维束的侧面积可获得待测纤维束和基体间界面的剪切强度值τ；

步骤E、重复步骤A至步骤D得到待测样品的n个纤维束和基体间界面的剪切强度值τ_i、纤维束和基体间界面的剪切强度的平均值τ、标准偏差S和分散系数Cv，其中n表示自然数。

有益效果：本发明采用纤维束原位顶出测试技术对细编穿刺碳碳复合材料的纤维束和基体间界面强度进行测试，可以直接从实际碳碳复合材料制件切取，不需要特殊制备，同时可以定量对碳碳复合材料的纤维束和基体间界面强度力学性能进行表征，解决了目前纤维束拔出法中在将纤维束从复合材料中剥离制样过程中损伤纤维束强度和形态，制样较困难的问题；另外本发明利用数理统计的分析方法，对所得到的实验数据进行相应的数据处理，得到其剪切强度平均值、标准偏差及分散程度，来表征复合材料内的纤维束和基体间界面力学强度，具有样品的制样过程简单、测试过程可操作性强和可以定量得到碳碳复合材料的纤维束和基体间界面的剪切强度的特点，是一种能够全面评价碳碳复合材料的结构性能提供可靠的测试方法。

附图说明

图1是实现本发明的装置结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实施方式由以下步骤组成：

步骤A、截取与待测纤维束轴向垂直的试样厚度2.8～3.2mm，分别采用300#、500#、800#、1500#、2000#目数的金相砂纸逐级均匀减薄，保持试样厚度均匀，达到厚度2.30～2.40mm，进行抛光处理，抛光剂采用颗粒粒度小于5×10^-3mm的金刚砂或三氧化铬，试样经过数分钟的抛光处理，用酒精棉擦拭试样表面除去抛光污垢，纤维束和基体间界面完整、光洁，能够清楚地看见纤维束及纤维束边缘的界面，得到待测的碳碳复合材料样品8；

步骤B、将支撑狭缝9固定在水平位移样品台5上，打开仪器开关，清零、聚焦，利用水平位移样品台5，使施压探针3在水平位移样品台5的顶出位置上方，要求在视场内目镜中两条相互垂直标尺线的交点与施压探针3顶出位置中心重合，并置于支撑狭缝9中心位置处，利用橡皮泥将待测的碳碳复合材料样品8固定在水平位移样品台5上的支撑狭缝9，支撑狭缝宽度为1.5mm；