一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法与流程

本发明属于测试，具体涉及一种碳/碳材料z穿刺纤维束界面剪切强度测试方法。

背景技术：

1、碳/碳(carbon/carbon, c/c)复合材料因具备轻质、高强、比强度度高、热稳定性优异、性能可设计等独特优势，成为极端环境热结构及功能部件的首选材料，被广泛应用于航空、航天、核能等领域。c/c复合材料以碳纤维织物为增强体，填充以碳质材料，其中纤维强度及织物结构在很大程度上决定了c/c复合材料的力学性能及承载特性。其中穿刺结构c/c复合材料通过在织物编织平面（xy面）过程中预留穿刺孔，在完成xy面过程中将纤维束穿过穿刺孔完成织物编织，较针刺等结构保证了穿刺纤维束的完整性与垂直度，穿刺方向（z向）力学性能显著高于其他织物结构c/c复合材料的力学性能，是c/c复合材料织物设计中最典型的结构之一。

2、穿刺结构c/c复合材料在承载过程中，穿刺纤维束通过纤维束-基体界面传递载荷，因此，纤维束-基体界面作为c/c复合材料中的重要组成部分，是连接纤维、基体两个基本组成单元的桥梁，具有传递载荷、阻断裂纹、不连续特征及应力诱导等独特性质，其界面剪切强度(interface shear stress, iss)对c/c复合材料强度、承载行为及失效模式起着至关重要作用。因此，科学地对穿刺纤维束-基体界面进行评价对c/c复合材料承载行为研究及材料设计具有至关重要的意义。但是，目前c/c复合材料纤维束-基体界面剪切强度主要通过微脱粘法纤维束顶出法进行测试，存在制样困难、性能数据离散大、难以获得高温下界面剪切强度等问题，严重影响纤维束-基体界面强度性能的准确性问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，解决了现有c/c复合材料纤维束-基体界面剪切强度制样困难、性能数据离散大、难以获得高温下界面剪切强度的技术问题。本发明可对穿刺结构c/c复合材料穿刺纤维束进行准确高效地表征，具有操作简便、数据可靠、适用高温环境等优势。

2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，包括：

4、s1获得c/c复合材料穿刺纤维束的平均周长；

5、s2制备c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样；

6、s3对c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样进行拉伸试验，记录力-位移曲线中的最大力

f和试样拔出位置距离端面的长度

l；

7、s4根据

f和

l得到c/c复合材料的穿刺纤维束-基体界面剪切强度。

8、进一步的，获得c/c复合材料穿刺纤维束的平均周长的方法包括：

9、使用光学显微镜获得c/c复合材料z向纤维束的光镜照片，提取光镜照片中纤维束的边缘特征并进行统计，得到c/c复合材料穿刺纤维束的平均周长。

10、进一步的，c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样包括标距段、杯状锥和维稳平台；

11、标距段位于中间，为圆柱形；

12、两个杯状锥分别位于标距段两侧，每个杯状锥的小端和大端分别连接标距段和维稳平台；

13、维稳平台为圆柱形，维稳平台的直径与杯状锥的大端直径相等。

14、进一步的，杯状锥锥角为30°±2°，维稳平台长度≥2.5 mm；

15、杯状锥的小端和标距段之间通过过渡段连接，过渡段长度≥3mm；

16、标距段长度≥12mm。

17、进一步的，对c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样进行拉伸试验的方法包括：

18、通过万能力学试验机，使c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样z向纤维束拔出并开始滑移。

19、进一步的，根据

f和

l得到c/c复合材料的穿刺纤维束-基体界面剪切强度

τ的方法包括：

20、；

21、其中，为标距段内纤维束数量。

22、进一步的，步骤s3中，对若干个c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样进行拔出试验，记录每个试样的力-位移曲线中的最大力

f和试样拔出位置距离端面的长度

l；

23、步骤s4中，根据各试样的

f和

l得到各c/c复合材料的穿刺纤维束-基体界面剪切强度，根据各c/c复合材料的穿刺纤维束-基体界面剪切强度得到c/c复合材料的穿刺纤维束-基体的平均界面剪切强度、标准偏差

s和分散系数

cv。

24、进一步的，。

25、进一步的，拔出试验中的拉伸速率为0.1-2 mm/min。

26、本发明公开了一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，属于复合材料性能测试技术领域。所述方法包括：获取穿刺纤维束的平均周长；将材料加工成具有特定几何参数的哑铃试样；通过夹具组件和垫片将试样固定在万能试验机上，确保同轴对中；记录拔出过程中的最大力值及位移曲线；结合纤维束周长和拔出长度计算界面剪切强度。本发明解决了现有测试技术制样困难、数据离散大、难以进行高温测试等难题，可实现纤维束-基体界面强度的精准表征，具有操作简便、数据可靠、适用高温环境等优势。

27、本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

28、（1）本发明采用纤维束拔出方法对c/c复合材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度进行测试，测试过程中不需使用复杂设备仪器，通过使用万能力学试验机测得拔出过程中的力-位移曲线获得拔出力，并结合拔出纤维束的表面积，即可得到其界面剪切强度；

29、（2）本发明给出了试样的具体结构，试样可直接从待测试复合材料上加工取得，不需特殊制备，可以对碳/碳复合材料穿刺纤维束-基体碳间界面力学性能进行半定量表征。

30、（3）本发明提出的c/c复合材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法贴近实际服役工况，经反复试验检测，数据离散较小，可对材料的纤维束-界面剪切强度进行准确的表征。

31、（4）本发明提出的c/c复合材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法具有操作简单、容易控制的特点，通过万能试验机可快速简便测得穿刺纤维束-基体界面剪切强度。

1.一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，获得c/c复合材料穿刺纤维束的平均周长的方法包括：

3.根据权利要求1所述的一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样包括标距段、杯状锥和维稳平台；

4.根据权利要求3所述的一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，杯状锥锥角为30°±2°，维稳平台长度≥2.5 mm；

5.根据权利要求1所述的一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，对c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样进行拉伸试验的方法包括：

6.根据权利要求2所述的一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，根据f和l得到c/c复合材料的穿刺纤维束-基体界面剪切强度τ的方法包括：

7.根据权利要求2所述的一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，步骤s3中，对若干个c/c复合材料穿刺纤维束拔出哑铃试样进行拔出试验，记录每个试样的力-位移曲线中的最大力f和试样拔出位置距离端面的长度l；

8.根据权利要求7所述的一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，。

9.根据权利要求1所述的一种碳/碳材料穿刺纤维束-基体界面剪切强度测试方法，其特征在于，拔出试验中的拉伸速率为0.1-2 mm/min。