在扫描电镜下测量纤维-基体界面强度的温度依赖性

碳纤维增强聚合物复合材料(简称cfrp)具有优良的机械性能，如高强度重量比、高刚度，并具有在使用过程中承受动态载荷而不会发生灾难性故障的潜力。

因此，在许多应用中，cfrp作为结构部件表现突出，特别是在航空航天工业中，它们正在迅速取代较重的金属部件。复合材料的机械强度不仅来自于组成基体和纤维材料的机械性能的结合，还来自于它们之间界面的强度。欧洲杯足球竞彩

通过纤维推出试验可以测量增强复合材料中各纤维的滑动特性和界面强度。欧洲杯足球竞彩这项研究采用了布鲁克的方法Hysitron^®PI 88 SEM PicoIndenter^®配备了800°C加热选项用于表征单个碳纤维与周围聚酰胺基体之间的界面强度，作为温度的函数。

图1所示。Hysitron PI 88 SEM PicoIndenter, 800°C模块

现场高温下的光纤推出

采用Hysitron PI 88 SEM PicoIndenter，在碳纤维增强聚合物上安装直径为5 μm的金刚石平冲头，进行了纤维推出实验。使用位移控制反馈加载纤维到观察到界面完全失效的点，纤维开始通过矩阵滑动。

这些测试是在300°C和室温的不同高温下进行的。通过对样品和探头进行闭环电阻加热来实现加热。现场测试的性质使得实时、直接观察失效进程和推出机制，以及针尖在纤维上的精确对齐。

样品制备

从大块纤维增强复合材料试样中制备了截面为5 mm × 5 mm、厚度为300 μm的薄试样。如图2a所示，抛光的基片和样品被夹在一起，并安装在附在SEM picointer上的加热器上。通过在基片上开槽提供光纤推出的空间。如图2b所示，将针尖对准并放置在光纤上方Hysitron PI 88级．

图2。(a)夹在基片上的样品的低放大SEM图像;(b)光纤推出试验前和(c)后成像。

界面失败

图3显示了加载时不同刚度状态的两个荷载-位移(P-h)曲线。通过测试过程中录制的视频可以了解界面失效的进程。P-h曲线的初始刚度较低是由于薄试样向下弯曲与沟槽支撑接触所致。

图3。室温(蓝色)、316℃(红色)下光纤推出的载荷位移曲线。

当样品与衬底固体接触时，施加的载荷完全转移到光纤上，从而增加了曲线的刚度。在这一阶段，剪切应力由施加的压缩载荷在界面处引入，并在试样表面处达到最大值。当界面剪应力达到临界值时，界面开始脱粘，载荷下降。

破坏载荷是指在剥离之前所能观察到的最大持续载荷。根据脱粘机理和温度，P-h曲线表现为渐进式、突发性或阶梯式载荷下降。裂纹通过界面的缓慢扩展导致的载荷下降是渐进的、多级的，而更剧烈的载荷下降则与界面的完全破坏有关。甚至在某些情况下，周围的纤维矩阵界面也会失效。图2c显示了光纤完全推出的图像。

温度的作用

测试的温度范围从室温到316°C。如图4所示，随着界面剪切强度的降低和界面变弱，失效载荷在高温下显著降低。此外，随着基体在高温下的软化，当加载的纤维被推出时，它更容易从周围的纤维中被拉出来。测试后，通过将样品从样品中取出，观察样品的背面、推出的纤维和周围的基质Hysitronπ88．图5显示了推出光纤的图像。

图4。推出力vs温度。当温度接近300°C时，可以观察到推出力的急剧下降。

图5。样品的背面显示完全推出测试纤维。

结论

通过纤维伸出研究，证明了一种测量纤维增强复合材料中单纤维的脱粘强度的方法。原位测试的性质也提供了有用的信息，不仅关于破坏的进展，而且关于温度对变形过程的影响——如果不是在扫描电镜中进行测试，这些观察是无法观察到的。

这些信息来源于布鲁克纳米表面公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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