硅酸盐学报 204年 此推断,在复合材料制备过程中,随着PyC的氧化体和纤维间不能进行有效地载荷传递,复合材料力 逸出,预先制备的PySC复合涂层逐渐演化为间学性能将会显著下降。 隙SC复合界面层,SC成为阻挡层阻滞了纤维与 基体的直接接触,避免了纤维与基体的烧结,间隙的 存在使纤维与基体之间保持了弱结合特征,有利于 纤维的拔出,从而使复合材料具有高的断裂功和断 裂应变。 23复合材料界面结合强度 IlopoLropoB从断裂模型出发,将复合材料的断 裂分为积聚型(脆性)、非积聚型(韧性)和混合型3 种类型。以无量纲参数0表示界面结合程度,其 取值介于0-1之间。当θ=0时,界面为完全不结 合的均匀界面;0=1时,界面为完全结合的均匀界 面;0为其它值时表示界面结合程度介于两者之间。 断裂强度与6的关烈如图5所示,其中虚线代表不 图5复合材料的断裂强度与之间的关系7 可能出现的断裂强度。0<θ<B1时,界面结合较Fg5 Relationships between rupture strength of omposite and6 弱,发生非积聚型断裂,此时复合材料强度较低。当 02<6<1时,界面结合较强,发生积聚型断裂。当3结论 01<0<62时,界面结合适中,发生混合型断裂。当 (1)采用PIP制备三维 Nextel720/ mullite复合 6=0m时,复合材料的断裂强度最高,表明界面结材料时,莫来石先驱体高温热解产生的H2O蒸汽有 合强度不是越高越好,也不是越低越好,而是达到 个最佳值时,复合材料的断裂强度才能达到最大值。 强的氧化性,在三维 Nextel720纤维编织体上预先 PyC涂层在基体制备过程中氧化逸出,致使纤 制备的PyC涂层氧化逸出,纤维与基体直接接触发 生烧结形成强结合界面,复合材料表现为脆性断裂 维与基体直接接触发生烧结,复合材料脆性断裂。 由图5可知:此界面结合强度在O2与1之间,发生 (2) PyC/siC复合涂层解决了三维 Nextel720/ mullite复合材料制备过程中纤维与基体烧结问题, 积聚型断裂。因此,单独以PyC作为界面层阻挡纤 由其演变的间隙SC复合界面层是三维 Nextel 维与基体反应,在多次循环热解的PP工艺中是不720 mullite复合材料一种较为理想的界面层结构 适用的 该复合界面并非完全不结合的均匀界面,SC成为 具有间隙SC复合界面的复合材料,拔出纤维 阻滞纤维与基体接触的阻挡层,间隙保证了纤维拔 表面光滑,表明纤维和基体没有发生界面反应,同时 出,复合材料韧性断裂且抗弯强度显著高于目前资 复合材料强度显著提高。由图5可知:界面结合强 料报道结果。 度介于1,62之间,为混合型断裂。由于三维复合 材料中纤维空间结构复杂,尽管纤维与基体之间存参考文献: 在间隙,但是弯曲的单丝纤维与SC界面在相邻两 [1] EVANS AG, MARSHALL D B, ZOK F, e 个拐点处的摩擦成为限制其无限制拔出的阻力,使 es in oxide-oxide composite technology [J]. Adv Compos M 基体从拐点处向纤维进行载荷传递从而提高复合材 料的强度,因此三维Next720/ mullite复合材料中2 RADSICK T, SARUHAN B, SCHNEIDER H. Damage tolerant 的间隙与SC复合界面并非完全不结合的均匀界 oxiddoxide fiber laminate composites [J]. J Eur Ceram Soc 2000,20:545-550 面,即θ≠0。通过进一步优化问隙层厚度,使界面 [3] STEINHAUSER U, BRAUE W, GORING J, et al. A new 结合强度为0x将有助于提高复合材料强度。若在 concept for thermal protection of all-mullite composite composi 维连续纤维增韧复合材料中采用间隙型界面,基 tion in combustion chambers [J]. J Eur Ceram Soc, 2000,20:报 年 体和纤维间不能进行有效地载荷传递 , 复合材料力 学性能将会显著下降 。 ‘一、 一、 七一、 一、 一、、 一、、 一、 工、丁土、 一 弓月川月﹃ 暇八曰 月沉祠尸切沁叨。。﹄ 此推断 , 在复合材料制备过程 中 , 随着 沁 的氧化 逸出 , 预先制备的 复合涂层逐渐演化 为 间 隙 复合界面层 , 成为阻挡层阻滞 了纤 维与 基体的直接接触 , 避免了纤维与基体的烧结 , 间隙的 存在使纤维与基体之 间保持 了弱结合特征 , 有利于 纤维的拔出 , 从而使复合材料具有高的断裂功 和 断 裂应变 。 复合材料界面结合强度 、 班。 班 从断裂模型 出发 , 将复合材料 的断 裂分为积聚型 脆性 、 非积聚型 韧性 和混 合型 种类型侧 。 以无量纲参数 。表示界 面结合程度 , 其 取值介于 一 之间 。 当 时 , 界面为完全不结 合的均匀界面 口 时 , 界面 为完全结合的均匀界 面 夕为其它值时表示界面结合程度介于两者之间 。 断裂强度与 口的关系如图 所示 , 其 中虚线代表不 可能出现的断裂强 度 。 时 , 界 面结合较 弱 , 发生非积聚型断裂 , 此时复合材料强度较低 。 当 时 , 界面结合较强 , 发生积聚型 断裂 。 当 夕, 口 久 时 , 界面结合适 中 , 发生混合型断裂 。 当 时 , 复合材料 的断裂 强 度最 高 , 表 明界面结 合强度不是越高越好 , 也不是越低越好 , 而是达到一 个最佳值时 , 复合材料的断裂强度才能达到最大值 。 涂层在基体制备过程 中氧化逸 出 , 致使纤 维与基体直接接触发生 烧结 , 复合材料脆性 断裂 。 由图 可知 此界面结合强度在 。 与 之间 , 发生 积聚型断裂 。 因此 , 单独 以 作为界面层阻挡纤 维与基体反应 , 在多次循环热解 的 工艺 中是不 适用的 。 具有间隙 复合界面 的复合材料 , 拔 出纤维 表面光滑 ,表明纤维和基体没有发生界面反应 , 同时 复合材料强度显 著提高 。 由图 可知 界面结合强 度介于 , 口 之间 , 为混合型 断裂 。 由于 三维 复合 材料中纤维空间结构复杂 , 尽管纤维 与基体之间存 在间隙 , 但是弯曲的单丝纤维与 界 面在相邻两 个拐点处的摩擦成为限制其无限制拔 出的阻力 , 使 基体从拐点处向纤维进行载荷传递从而提高复合材 料的强度 , 因此三维 复合材料 中 的间隙与 复合界 面并非完全不结合的均 匀界 面 , 即 口祥 。 通过进一 步优化 间 隙层厚度 , 使界面 结合强度为 将有助于提高复合材料强度 。 若在 一维连续纤维增韧复合材料 中采用 间隙型界面 , 基 图 复合材料的断裂强度与 口之间的关系川 。签 治 块扒研翔 扣 〕 嵘 士印以 叨习 万 园 产〕 结 论 采用 制备 三维 赶 复合 材料时 , 莫来石先驱体高温热解产生 的 玫 蒸汽有 强的氧化性 , 在三维 纤维编织体上预先 制备的 涂层氧化逸出 , 纤维与基体直接接触发 生烧结形成强结合界面 , 复合材料表现为脆性断裂 。 复合涂层解决了三维 复合材料制备过程中纤维与基体烧结 问题 , 由其演 变 的 间 隙 复 合界 面 层 是三 维 复合材料一种较 为理想 的界面层结构 。 该复合界面并非 完全不 结合 的均匀 界面 , 成 为 阻滞纤维与基体接触 的阻挡层 , 间隙保证 了纤维拔 出 , 复合材料韧性断裂且抗弯强度显著高于 目前资 料报道结果 。 参考文献 〔 , , , 〔卜初 一 巧妇 帜 日 〕 、 咙 元启 , , 一 仁 」 〕 , 兀用 , 卜 乙 日。 ‘ 以二 刀〕 「扣 肠。, , 一 仁 壬七硕 , , , 。卫 〔, 飞 飞〕丈三 试 扣 〕 忱 以爪 〕洲〕 〕 〔〕 快 , , © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net