·1600 工程科学学报，第38卷，第11期 击增大，裂纹增多，同时在切向冲击的进一步作用下， C,/A山，0，复合材料与A山03在基体区域的冲蚀机理相 裂纹扩展且交联严重，造成脆性表面较大面积的片状 同，但孔洞缺陷较AL,0,少，尽管纤维分布较均匀，但 剥落，冲蚀表面破坏加剧，如图7(c).另外，由于 存在部分纤维团聚现象.在纤维团聚区域，存在纤维 AL,O,陶瓷表面存在较多的孔洞缺陷，孔洞周边区域 与基体界面之间结合不好，从而会导致材料剥落严重， 材料性能不均匀，存在应力集中，在冲蚀过程中容易产 造成材料冲蚀率增加 生断裂和剥落，该区域材料更易受到损伤 2.4碳纤维对冲蚀磨损的影响 由表1可知，C/AL,0,复合材料的断裂韧性较 A山，0，陶瓷高，即原位转化碳纤维对A山，0，基体起到较 好的增韧效果.从理论上，C,IAL,O,复合材料较高的 断裂韧性应该对应于材料较低的冲蚀磨损率，其耐冲 蚀磨损应好于纯氧化铝陶瓷.然而，从图5可知，在低 速冲蚀和高速45°冲蚀时，C,/L,03复合材料并没有 表现出优异的耐冲蚀性能.从图10(a)形貌分析可 知，冲蚀表面纤维剥落，即在高速45°冲蚀时，C,/L,0, 合-3400100Kw114mmx400kE 复合材料冲蚀表面上大部分纤维受到切向冲击作用发 图8A山203冲蚀磨损产生的裂纹 生剥落，无法在冲蚀磨损中起到良好的增韧效果.对 Fig.8 Cracks of Al,0 after erosive wear 比图10(b)可知，在90°冲蚀时，由于主要是受法向冲 击力作用，纤维的抗压能力较强，纤维脱落现象较45° 对比观察图7(a)、7(c)、7(d)和图7(a)、7(b)、 冲蚀时轻，因此C/L,0,复合材料在该条件下速度指 7(d)可知，随着冲蚀角度和冲蚀速度的增大，颗粒冲 数和冲蚀磨损率都比L,O,低，纤维增韧增加了复合 击产生的冲击功增加，加剧裂纹的产生和扩展，导致表 材料的耐冲蚀磨损性能. 面形貌的脆性剥落现象更加严重 纤维增韧机理主要表现在如图11所示的两种情 图9显示C/L,03复合材料原始形貌与不同条 况：(a)纤维对裂纹两端的基体进行桥连，阻碍裂纹的 件下冲蚀后表面形貌.观察可知其冲蚀磨损机理同样 扩展；(b)纤维脱粘，即冲击功作用在该区域后，裂纹 是基体受到反复冲击导致颗粒剥落或片状剥落.虽然 沿纤维与基体结合界面延伸，纤维将会与界面脱粘形 a 6.340100kw123mmx10k5 40150ky1B7mmx10k 图9C/山，03原始形貌与不同冲蚀条件下的磨损形貌(a)原始形貌：(b)3.67ms1,90°：(c)5.76ms1,45:(d)5.76ms,90 Fig.9 Original and worn morphology of CAO under different erosion conditions:(a)original morphology:(b)3.67ms90 (c)5.76m sl,45°：(d)5.76ms1,90工程科学学报，第 38 卷，第 11 期 击增大，裂纹增多，同时在切向冲击的进一步作用下， 裂纹扩展且交联严重，造成脆性表面较大面积的片状 剥落，冲 蚀 表 面 破 坏 加 剧，如 图 7 ( c ) ． 另 外，由 于 Al2O3 陶瓷表面存在较多的孔洞缺陷，孔洞周边区域 材料性能不均匀，存在应力集中，在冲蚀过程中容易产 生断裂和剥落，该区域材料更易受到损伤． 图 8 Al2O3 冲蚀磨损产生的裂纹 Fig． 8 Cracks of Al2O3 after erosive wear 图 9 Cf /Al2O3 原始形貌与不同冲蚀条件下的磨损形貌． ( a) 原始形貌; ( b) 3. 67 m·s －1，90°; ( c) 5. 76 m·s －1，45°; ( d) 5. 76 m·s －1，90° Fig． 9 Original and worn morphology of Cf /Al2O3 under different erosion conditions: ( a) original morphology; ( b) 3. 67 m·s － 1，90°; ( c) 5. 76 m ·s － 1，45°; ( d) 5. 76 m·s － 1，90° 对比观察图 7( a) 、7( c) 、7( d) 和图 7( a) 、7( b) 、 7( d) 可知，随着冲蚀角度和冲蚀速度的增大，颗粒冲 击产生的冲击功增加，加剧裂纹的产生和扩展，导致表 面形貌的脆性剥落现象更加严重． 图 9 显示 Cf /Al2O3 复合材料原始形貌与不同条 件下冲蚀后表面形貌． 观察可知其冲蚀磨损机理同样 是基体受到反复冲击导致颗粒剥落或片状剥落． 虽然 Cf /Al2O3 复合材料与 Al2O3 在基体区域的冲蚀机理相 同，但孔洞缺陷较 Al2O3 少，尽管纤维分布较均匀，但 存在部分纤维团聚现象． 在纤维团聚区域，存在纤维 与基体界面之间结合不好，从而会导致材料剥落严重， 造成材料冲蚀率增加． 2. 4 碳纤维对冲蚀磨损的影响 由表 1 可 知，Cf /Al2O3 复 合 材 料 的 断 裂 韧 性 较 Al2O3 陶瓷高，即原位转化碳纤维对 Al2O3 基体起到较 好的增韧效果． 从理论上，Cf /Al2O3 复合材料较高的 断裂韧性应该对应于材料较低的冲蚀磨损率，其耐冲 蚀磨损应好于纯氧化铝陶瓷． 然而，从图 5 可知，在低 速冲蚀和高速 45°冲蚀时，Cf /Al2O3 复合材料并没有 表现出优异的耐冲蚀性能． 从图 10 ( a) 形貌分析可 知，冲蚀表面纤维剥落，即在高速 45°冲蚀时，Cf /Al2O3 复合材料冲蚀表面上大部分纤维受到切向冲击作用发 生剥落，无法在冲蚀磨损中起到良好的增韧效果． 对 比图 10( b) 可知，在 90°冲蚀时，由于主要是受法向冲 击力作用，纤维的抗压能力较强，纤维脱落现象较 45° 冲蚀时轻，因此 Cf /Al2O3 复合材料在该条件下速度指 数和冲蚀磨损率都比 Al2O3 低，纤维增韧增加了复合 材料的耐冲蚀磨损性能． 纤维增韧机理主要表现在如图 11 所示的两种情 况: ( a) 纤维对裂纹两端的基体进行桥连，阻碍裂纹的 扩展; ( b) 纤维脱粘，即冲击功作用在该区域后，裂纹 沿纤维与基体结合界面延伸，纤维将会与界面脱粘形 ·1600·