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纖維含量對CC複合材料力學性能的影響

2019-11-29 05:55   评论:06 点击:738
中國鋼管信息港權威報道:配副對摩擦磨損性能的影響PA1010-La23複合材料分別與黃銅和45鋼配摩的摩擦係數和磨損體積隨La2 3添加量的變化如所示。可以看出,不同的摩擦副下添加La23均能減輕PA1010的摩擦,降低其磨損,與黃銅配摩時的摩擦係數和磨損體積均高於與45鋼配摩2.4摩擦對偶表麵形貌分析件黃銅環和45鋼環摩擦表麵上的轉移膜形貌照片,比較可以看出複合材料在銅環表麵上的轉移膜(a)沒有在鋼環上的轉移膜(b)連續致密 。這與其和鋼環配摩時減摩與耐磨性能均好於和銅環配摩的現象相一致2.5討論中的試驗曲線表明,PA1010-La23複合材料與黃銅配摩時的摩擦係數隨滑行間隔的變化曲線可分為3個階段,即:失水上升階段、轉移膜形成下降階段和穩定摩擦階段 。在大氣環境中,PA1010-La23複合材料都有不同程度的吸水,吸水引發溶漲,削弱了PA1010分子間的氫鍵感化,使材料的剪切強度降低從中的曲線看到 ,1試驗材料與研究方法基體材料采用鍛後石油焦、煤焦油中溫浙青(質量比為7 :3),加強體采用聚丙烯腈(PAN)基短切炭纖維(5mm)以加壓焙燒法製備C/C複合材料,最高焙燒溫度900K二次熱處理溫度1由可見 ,當炭纖維體積分數較低時,纖維的加強效果不明顯 ,隨著炭纖維體積分數的增加,複合材料的抗折強度逐步升高;當炭纖維的體積分數達到8.3%時,複合材料的抗折強度達到24.0MPa;以後,隨著炭纖維的體積分數的增加,複合材料的抗折強度逐步下降。
  2.2C/C複合材料的斷口分析對複合材料抗折強度接近均勻強度的試樣進行斷口分析,如所示 。
  中國鋼管信息港權威報道:由可以看出 :當複合材料中的炭纖維體積分數較低時(a、b),基體中的炭纖維分布均勻,沒有觀察到纖維偏聚區存在,炭纖維均勻地穿插浙青炭當中。當複合材料中的炭纖維含量較高時(c)炭纖維出現明顯的偏聚現象,偏聚區的炭纖維呈束狀或呈嚴重的相互搭結狀分布,由於偏聚區內基體材料很難浸進而易形成孔洞,該類孔洞成為複合材料中明顯的結構缺陷。對於纖維加強複合材料而言,當纖維含量較低時,纖維不能起到有效的加強感化,所以抗折強度較低,隨著纖維含量的逐步增加,抗折強度有所進步。當纖維含量較高時,由於偏聚區的存在而在複合材料內部形成結構缺陷,該類缺陷嚴重地影響了材料的機械性能 ,所以此時隨著纖維含量的增加抗折強度下降 。
  通過斷口高倍觀察還可以看出,斷口表麵大量纖維被拔出,纖維斷麵平齊,幾乎沒有發現纖維斷裂能量就越多 ,同時,纖維含量越高,基體中的裂紋越不輕易擴展,複合材料的強度越1~11.當纖維含量過高時,由於混料條件的限製,大量纖維不但不能有效地起到加強感化,纖維聚集區反而成為新的薄弱環節,在應力感化下該處很輕易破壞,所以複合材料的強度隨著纖維含量的增加反而降低。
  3結論C/C複合材料斷口的高倍觀察的跡象 ,同時纖維表麵粘附少量的基體材料 。
  由此可以判定,C/C複合材料的斷裂過程中並未發生加強體炭纖維的斷裂,纖維的拔出為破壞的首要形式,材料的斷裂過程為基體與炭纖維的界麵破壞所控製。由SEM結果可知,在斷裂過程中 ,裂紋的擴展總是避開炭纖維。對於本試驗條件下的C/C複合材料而言,有很多促使裂紋產生的身分,例如材料本身的氣孔、微裂紋及短纖維末真個應力集中等。
  在加載過程中,裂紋可能在複合材料中多處產生 、擴展,當擴展裂紋與纖維相遇時,在纖維與基體所決定的應力條件下,裂紋的擴展方向發生轉移,開始沿著基體與纖維的界麵擴展直到纖維的末端為止,從而導致纖維與基體部分分離 。由於基體總是最弱的,在載荷感化下基體裂紋很快擴展到下一根纖維,並反複界麵斷裂的過程直至材料斷裂,而纖維不可能發生斷裂 。所以短纖維加強C/C複合材料的破壞形式為界麵破壞所控製,表現為斷口處大量纖維拔出。
  中國鋼管信息港權威報道:纖維加強複合材料中的界麵是加強相與基體相的中間相,界麵是加強相與基體相的連接者,纖維與基體複合過程的本質就是纖維表麵形成完整傳遞應力的界麵,界麵的感化是將加於複合材料的載荷,經過基體通過界麵傳遞到加強體,這就要求界麵有一定的粘結強度,合適的粘結強度使界麵能夠傳遞應力。另外,界麵在一定外力感化下脫粘,使纖維拔出,纖維與基體發生摩擦並增大表麵能,使材料以拔出功和摩擦功等形式吸收外載能量,從而進步材料的抗破壞能力。對炭纖維而言 ,其表麵光滑且惰性大,與基體相容性差,不能很好地與基體進行粘合,僅依托粘結劑浙青炭化後形成的炭網把焦炭粉與炭纖維連結起來形成塊體纖維與基體的界麵結合較M7~9.所以,C/C複合材料在斷裂時斷口處大量纖維被拔出,同時,纖維表麵的粘附物較少。
  C/C短纖維複合材料在斷裂過程中,吸收能量的首要機製是脫膠,所以,在纖維混合均勻的條件當炭纖維體積分數小於8.3 %時,隨著炭纖維體積分數的增加,複合材料的抗折強度逐步升高,以後,隨著炭纖維的體積分數的增加,複合材料的抗折強度逐步下降;短纖維加強C/C複合材料的斷口特征為大量纖維拔出,其斷裂過程為界麵破壞所控製。所有樣品的起始摩擦係數都遠低於其穩態摩擦係數,說明吸水對摩擦行為有首要影響。隨著滑行間隔的增加,摩擦熱使樣品不斷失水 ,摩擦係數迅速上升,達到最高值後,隨著滑行間隔的繼續增加 ,轉移膜逐步形成,摩擦係數下降並趨於穩定。
  與鋼環配摩時,磨屑為白色片狀。與銅環配摩時,磨屑呈顆粒狀,顏色為玄色將收集的磨屑放進鹽酸溶液浸泡,玄色消失,溶液變藍,證實磨屑中的玄色部分為氧化銅。這說明,由於摩擦熱的結果銅環摩擦表麵發生了氧化銅環摩擦表麵上脆硬和疏鬆的氧2化銅很輕易在摩擦過程中脫落而成為磨屑的一部分由於氧化銅的磨粒磨損感化 ,使複合材料與銅環配摩的磨損量比與鋼環的高La23稀土化合物具有六方層狀結構,有潤滑感化,加進PA1010後可減輕其與摩擦對偶粘著感化,使摩擦係數降低。稀土化合物在摩擦過程中會產生分解和發生摩擦化學反應摩擦化學反應會使本來轉移膜與金屬環之間的機械齧合改變為化學鍵合,加強了轉移膜與鋼環之間的結協力故在PA1010中添加稀土可明顯增加其耐磨能力。中國鋼管信息港權威報道

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