[发明专利]SiCf

说明书

本发明属于材料力学性能测试技术领域，涉及一种SiC_f/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试夹具及方法，针对小尺寸的Y型端部试样，设计相应夹具将多个试样首尾相连，并利用试样与夹具的自锁将试验机的载荷有效传递到每个试样的标距段。考虑夹具自重并通过受力分析确定每个试样标距段承受的拉伸应力，每个试样的拉伸应变根据加载过程中粘贴于试样标距段前、后表面应变片的平均值确定。可在一次拉伸加载中同时完成多个SiC_f/SiC复合材料试样拉伸应力‑应变曲线的测试，确定拉伸比例极限和拉伸模量。能大大提高试验效率，实现SiC_f/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试，能保证试样相对试验机加载线的精确对中，可消除与试样装载有关的数据分散源。

技术领域

本发明属于材料力学性能测试技术领域，特别涉及一种SiC_f/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试夹具及方法。

背景技术

SiC_f/SiC复合材料通过在SiC基体中引入增强相SiC纤维，可以极大的提升SiC陶瓷材料本身的韧性，解决SiC自有的高脆性问题，同时保留SiC陶瓷材料原本具有的高温耐磨等优良特性，被广泛应用于航空航天、军工、机械、化工、电子技术等领域。

SiC_f/SiC复合材料的拉伸应力-应变曲线往往呈现非线性特征，曲线偏离线性的转折点对应基体中贯穿裂纹的萌生，此后由于基体裂纹的扩展、纤维的拔出、界面滑移、纤维断裂等，导致材料刚度下降，该转折点所对应的应力通常称为基体开裂强度，或者比例极限应力。对于SiC_f/SiC复合材料，拉伸比例极限是最重要的设计用力学性能数据，结构设计时均以拉伸比例极限作为最大可用强度，这是因为一旦基体开裂，服役环境中的介质将通过基体中的裂纹进入材料内部，使材料性能被环境腐蚀而发生严重退化。另外，有研究表明SiC_f/SiC的拉伸比例极限与材料的疲劳性能直接相关，拉伸比例极限高的SiC_f/SiC具有更长的寿命和更高的疲劳极限，因此对于SiC_f/SiC复合材料而言，拉伸比例极限比拉伸强度数据更具有使用价值，不仅是结构设计许用值确定的依据，同时也是衡量SiC_f/SiC复合材料力学性能最重要的指标，因此拉伸比例极限的测试对SiC_f/SiC复合材料具有重要意义。

由于拉伸比例极限是衡量SiC_f/SiC复合材料力学性能优劣最重要的指标，因此在SiC_f/SiC研发过程中，拉伸比例极限的测试需求越来越多，目前SiC_f/SiC复合材料拉伸比例极限一般通过对一个标准直条试样的拉伸获得，这种方式所采用的试样尺寸较大，对原材料价格昂贵、工艺成本高的SiC_f/SiC复合材料不具备经济性，因此目前材料研发人员对一种小尺寸的Y型端部试样非常青睐，通过采用这种小尺寸试样可以大大缩短制样时间，节省材料成本，可对材料工艺改善效果做出快速评估，有助于缩短材料研发周期。

现有技术中，专利CN103018101A“一种用于陶瓷基复合材料高温拉伸测试的夹具”也采用一种Y型端部试样，利用试样端部的楔面和一体式夹具中Y型榫槽的楔面接触产生的支持力来传递载荷。专利CN 109813610 A“一种陶瓷基复合材料超高温拉伸组合夹具”中也采用一种Y型端部试样，夹具采用带Y型榫槽的一个半圆台卡件用于连接Y型端部试样与试验机，也是利用Y型端部试样两端的楔面与夹具中卡槽的楔面接触压紧，实现试样与夹具的自锁。但是上述两个专利均采用的是夹具中加工一个深度大于试样厚度的一体式Y型榫槽的设计思想，试验时将试样吊挂与夹具中的Y型榫槽中，这种很难保证试样相对于试验机加载线的对中。另外上述两种夹具由于完全靠试样的两个楔形面与夹具楔形面的压紧力传递载荷，经常发生楔面处试样的压溃，导致载荷传递不稳定，甚至试验失败。