纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的界面区研究 - 沈阳材料科学国家 ...

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·1542· 稀有金属材料与工程第 36 卷内及纤维表层内发现二次裂纹 , 如图 7 所示。这很可能是由于热解碳和碳纤维内的片层间结合力
第 9 期李建章等 : 纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的界面区研究 ·1543· 根据以上的实验现象 , 可以建立起基体裂纹到达界面区后发生偏斜的可能位置、基体裂纹在界面区发生多重偏斜以及基体裂纹尖端前方发生脱粘的可能形式这 3 种情况的模型 , 以作为力学分析使用 , 如图 9, 图 10 和图 11 所示。其中图 9 所示模型与 CarrèreN 等 a b c M I F M I F M I F [12] 人提出的相同。实际上 , 在初步的力学分析与行为模拟时 , 虽然上述模型有较强的实用性 ( 参见后续文章 ), 但是 , 由于其过于简化 , 故在更为深入和复杂的分析模拟中 , 必须对这些模型进行修正 , 以获得准确的结果。如基体模型必须把其生长方式、形态、晶粒大小考虑进去 ; 界面区的两处界面 (I/M 和 I/F) 必须考虑其粗糙度 ; 界面相也并非如图中显示出强烈的各向异性 , 更多的时候则是乱层石墨 , 取向度较差。 Secondary multiple deflection Crack Crack Crack M I Matrix crack 图 9 基体裂纹在界面区发生偏斜 / 贯穿的位置示意图 Fig.9 Sketch maps of the matrix cracks deflected and penetratedin different interfaces: (a) the matrix/interphase interface, (b) the middle of the interphase, and (c) the interphase/fiber interface Multiple deflection 图 10 基体裂纹在界面区发生多重偏斜的示意图 Fig.10 Schematic showing the multiple deflection of the matrix crack M I F a M I F b M I F c M I F d Matrix crack Matrix crack Matrix crack Matrix crack Debond crack Debond Possible deflection Debond crack Debond crack 图 11 基体裂纹尖端前发生脱粘的可能形式 Fig.11 Possible forms of matrix cracks debonded in different interfaces: (a) the interphase/matrix interface, (b) the middle of the interphase, (c) the interphase/fiber interface, and (d) the fiber surface layer 5 结论 1) 连续纤维增强陶瓷基复合材料内 , 基体主裂纹可以在界面区内的多处位置发生单多重偏斜 ;CVI 制备的 3D C/SiC 的裂纹偏斜多发生于界面相内和 M/I 界面处。 2) 由于裂纹尖端前方产生应力集中 , 界面区及其附近的多个位置易发生脱粘或开裂 , 从而对界面区内的偏斜产生影响。由于本 CVI 工艺制备的 F/I 界面结合较强 ,3D C/SiC 偏向于界面相内和纤维表层形成二次裂纹。 3) 在 3D C/SiC 内 , 普遍存在纳米尺度的微裂纹桥连 , 对于 CFCC 的增韧起到一定的作用。 4) 初步建立起 3D C/SiC 内基体裂纹与界面区相互作用的物理模型。参考文献 References [1] Naslain CVI-Composites R. In: Warren R eds. Ceramic Matrix Composites[C]. Glasgow: Blackie Press, 1992: 199 [2] Xu Y et al. Jouranl of the American Ceramic Society[J], 1997, 80(7): 1897 [3] Jamet J F, Lamicq P. In Naslain R, Lamon J, Doumeingts D eds. High Temperature Ceramic Matrix Composites[C]. Bordeaux: Woodhead Publishing Limited, 1993: 735
Page 1 and 2: 第 36 卷第 9 期稀有金
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