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 ...

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