[发明专利]连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度的测试试样、夹具和方法

说明书

本发明一种连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度的测试方法，能够适用于高温环境，并且在陶瓷基复合材料板材只有4～10mm范围的情况下测定面外拉伸强度。使用本发明十字形测试试样和带有十字槽的工装夹具进行测试，能够实现在室温～2200℃的环境下进行测试实验；同时保证试样下移端分别承受1/2F的作用力，能够使所述试样的下移端受力均匀，从而使分层区均匀撕裂。因此，本发明解决了高温环境下连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度难以测定的问题，和测试试样破坏时不能均匀撕裂的问题。

技术领域

本发明属于连续纤维增强陶瓷基复合材料的领域，具体涉及一种连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度的测试方法。

背景技术

由于连续纤维增强陶瓷基复合材料具有高强度比、高模量比、耐腐蚀性、抗氧化等优点，成为新一代航空发动机的必备材料。为了保证测试试验接近真实的航空发动机复杂的使用环境，测试试验需要在大气环境、真空环境、惰性气氛环境和其它腐蚀性环境以及室温、高温环境下进行.

结构决定性质，由于连续纤维增强陶瓷基复合材料被设计为平板结构，其面内性能往往比面外性能高一个数量级，因此其面外性能是整个结构件的薄弱环节。在真实的使用环境中，结构件不仅受到复杂的载荷作用，往往会伴随着氧化、疲劳、蠕变、热力学等耦合作用，因此关心结构件的薄弱环节极其重要。在实际使用中，连续纤维增强陶瓷基复合材料的厚度只有几个毫米左右，造成其面外性能很难测定，给设计者进行结构优化和仿真工程师进行分析计算带来困难。美国ASTM C1468-00测试标准(Test Method forTransthickness Tensile Strength of CFCCs at Ambient Temperature.)使用胶粘法测定连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度，但是会发生材料/粘胶脱粘的情况，无法精确测定连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度。此外目前尚无能够耐受1000℃以上高温并保持较高强度的高温胶，因此该标准不能适用于高温环境。因此，测定高温环境下连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度是一个技术难题。

发明内容

要解决的技术问题：本发明一种连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度的测试方法，解决了高温环境下连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度难以测定的问题，和测试试样破坏时不能均匀撕裂的问题。

本发明的技术方案是：一种连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度的测试试样，其特征在于：所述试样为板状结构，厚度为4～10mm，分为X板和Y板；所述X板和Y板相互垂直且中心处相交，呈十字结构；所述试样中心相交部分为宽度3～10mm的立方体结构；所述立方体结构位于所述试样X板上表面面的两个相对边的外侧设置有相互平行的第一切口，所述第一切口平行于所述Y板；所述立方体结构位于所述试样Y板下表面的两个相对边的外侧设置有相互平行的第二切口，所述第二切口平行于所述X板；所述第一切口和第二切口的宽度相同，且均为0.1～1mm，长度均等于所述立方体结构的宽度，深度均等于试样厚度的一半，所述第一切口和第二切口的底面在同一平面；在所述试样的X板和Y板中心相交部分形成平行于所述试样上、下表面的分层区，所述分层区是与所述第一切口、第二切口的底面在同一平面的正方形，其宽度与所述立方体结构宽度相同为3～10mm。

一种连续纤维增强陶瓷基复合材料面外拉伸强度的测试工装夹具，其特征在于：所述工装夹具包括上夹具和下夹具；所述下夹具为块状结构，在其上表面设置有和所述试样相对应的十字凹槽；所述试样与所述十字凹槽为间隙配合，并在所述十字凹槽内能够沿垂直于十字凹槽底面的方向移动；所述十字凹槽分为凹槽a’b’和凹槽e两部分，所述凹槽a’b’的深度大于所述试样的厚度，用于所述试样的定位，所述凹槽e的深度大于所述凹槽a’b’的深度；当所述试件安装在所述凹槽e的部分受压变形时，使其能够继续向所述凹槽e底部移动；所述凹槽e与所述凹槽a’b’的深度差大于所述试件的厚度，能够为所述试样的分层区断裂提供空间；