介绍gydF4y2Ba单片陶瓷结构组件的主要缺点是脆性和低可靠性。gydF4y2Ba甚至对单片陶瓷具有高韧性、宏观无弹力尚未达到[1]。gydF4y2Ba使用这种材料的设计必须基于弹性应力欧洲杯足球竞彩,结合薄弱的环节扩展和极值统计数据。gydF4y2Ba连续纤维增强陶瓷基复合材料(cmc)是专门定制的,这样crack-wake过程导致高耐断裂材料[2 - 4]。欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba分布式矩阵开裂和合成纤维桥接分配周围应力应变集中网站,增加韧性和可靠性。gydF4y2Ba指出,非弹性应变消除应力的浓度和比例的影响,使设计过程类似于用于金属[1,2]。gydF4y2Ba 获得较高的断裂韧性和热冲击阻力,cmc设计与纤维和基体之间的弱界面,例如,碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料的界面(SiC / SiC)通过碳涂层。gydF4y2Ba弱界面会导致裂纹偏转沿着接口,允许完整的纤维桥裂缝面孔。gydF4y2Ba然而,尽管弱界面的使用可以提高断裂韧性和热冲击阻力,可能不兼容高温蠕变和抗疲劳性,要求界面抗蛀牙的成核和增长强劲。gydF4y2Ba因此,有必要研究循环疲劳和蠕变的cmc应用程序。gydF4y2Ba 人们已经发现,疲劳极限可以高达80%的极限拉伸应力(ut)在室温下(5、6)。gydF4y2Ba负责增强的微观结构损伤的机制之一,在SiC / SiC出现疲劳与磨损沿滑动fiber-matrix接口,这可能会导致纤维的损伤(如碳纤维)和降低其失败压力(5、6)。gydF4y2Ba虽然cmc在室温下的疲劳强度高,它随测试温度的增加,即使温度低于纤维蠕变发生。gydF4y2Ba 在本文中,提出了一些新的实验结果显示机械损伤宽容cmc的特征。gydF4y2Ba此外,cmc的几点建议,以提升性能和扩大应用给出了基于研究结果。gydF4y2Ba 实验gydF4y2Ba本研究中使用的复合材料碳化硅/ SiC处理化学蒸汽渗透(CVI)和艾尔gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3gydF4y2Ba/铝gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3gydF4y2Ba由浆粘贴和烧结处理(7 - 15)。gydF4y2Ba板的拉伸标本加工使用钻石切割工具。gydF4y2Ba单调紧张的光滑的标本,蠕变和循环疲劳试验10毫米宽3毫米厚[7,8]。gydF4y2Ba双切口标本用于研究缺口敏感性[15]。gydF4y2Ba 所有的机械伺服液压测试系统的测试进行了氩或空气。gydF4y2Ba疲劳试验是进行正弦加载20赫兹的频率。gydF4y2Ba应力比(R),它被定义为最小压力最大应力的比值,为疲劳测试是0.1。gydF4y2Ba蠕变测试是恒定负载下进行的。gydF4y2Ba蠕变应变测量从试样标距长度的直接的接触伸长计(MTS模型632.53 -f71, MTS系统公司,明尼苏达州,美国),测量范围的±2.5毫米计25毫米的长度。gydF4y2Ba重复unloading-reloading与50 MPa / s的速度应用于测量模量变化在蠕变测试。gydF4y2Ba标本被允许浸泡在开始前30分钟高温蠕变或循环疲劳试验。gydF4y2Ba骨折标本进行光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)。gydF4y2Ba 结果和维gydF4y2BaiscussiongydF4y2Ba单调紧张gydF4y2BaSiC /碳化硅复合材料的拉伸应力-应变表明,非弹性变形发生在70 MPa的压力线性弹性变形,如图1所示。gydF4y2Ba抗拉强度和延性的SiC / SiC高温高于室温[5]。gydF4y2Ba这被认为是弱界面是有益的强度和延性,避免纤维断裂。gydF4y2Ba
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图1所示。gydF4y2Ba拉伸应力-应变曲线在SiC /碳化硅复合材料在室温和高温氩。gydF4y2Ba |
复合材料的缺口敏感性检验使用拉伸最大总应力的复合,gydF4y2BaσgydF4y2BaggydF4y2Ba铜gydF4y2Ba。gydF4y2Ba在这里,最大总应力的定义是:gydF4y2Ba 
(1)gydF4y2Ba
F *铜最大拉伸载荷、2 w是试样宽度,t是试样厚度。gydF4y2Ba的情节gydF4y2BaσgydF4y2BaggydF4y2Ba铜gydF4y2Ba与a / W(切口长度)所示gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba因为标距长度的依赖强度最大应力的复合,获得力量的标本计40毫米的长度和宽度20毫米用作抗拉强度,gydF4y2BaσgydF4y2Ba铜gydF4y2Ba。gydF4y2Ba这个标距长度是一样的双边缘切口(窝)的标本。gydF4y2Ba如果综合展示完整的切口不敏感,阴谋的gydF4y2BaσgydF4y2BaggydF4y2Ba铜gydF4y2Ba与a / W应该遵循的关系,gydF4y2Ba 
(2)gydF4y2Ba
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图2。gydF4y2Ba切口宽度比长度,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba/gydF4y2BaW。gydF4y2Ba |
虽然分布值,为加载方向的关系遵循直线预测方程(2),表明复合材料的缺口不敏感性质。gydF4y2Ba 观察断口外观的巢穴试样加载gydF4y2BaθgydF4y2Ba= 0gydF4y2Ba0gydF4y2Ba方向表明断裂路径终止之间的缺口技巧虽然道路不是直(箭头所示)。gydF4y2Ba此外,大量破坏区切口尖端利差的韧带标本的面积。gydF4y2Ba一个大非线性拉伸应力-应变曲线可能是由于传播这个大损伤区[15]。gydF4y2Ba 的复合gydF4y2BaθgydF4y2Ba= 45gydF4y2Ba0gydF4y2Ba轴偏移加载还显示了完整的切口不敏感。gydF4y2Ba断裂路径是独立存在的等级和路径显然是斜对加载轴(箭头所示)。gydF4y2Ba复合加载下的缺口不敏感行为非常合理,因为标本的失败发生独立的等级的存在,即的裂纹路径独立级。gydF4y2Bathrough-the-thickness方向,织物表之间的剪切破坏是清晰可见的测试标本和这个失败的行为非常类似于un-notched标本中观察到。gydF4y2Ba 疲劳和蠕变gydF4y2Ba房间,高温下的循环疲劳寿命是如图3所示。gydF4y2Ba协同曲线在1000°C可以分为三个政权。gydF4y2Ba一个是低循环政权(< 10gydF4y2Ba4gydF4y2Ba周期),压力指数的疲劳寿命高,没有显著差异在室温和高温疲劳寿命,尽管曲线的斜率在后者似乎更高。gydF4y2Ba第二个政权是快速减少疲劳寿命与应力在1000°C,当压力低于180 MPa。gydF4y2Ba没有第二个政权在室温下。gydF4y2Ba这意味着第二个政权对温度的依赖关系。gydF4y2Ba这将在稍后讨论。gydF4y2Ba第三个政权展品疲劳极限定义的标本有一个生活在10以下gydF4y2Ba7gydF4y2Ba周期。gydF4y2Ba在1000°C的疲劳极限是只有75 MPa,大约30%的生产。gydF4y2Ba在室温下的疲劳极限是160 MPa UTS(大约80%)。gydF4y2Ba
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图3。gydF4y2Ba失败的最大应力与周期循环疲劳在SiC /碳化硅复合材料在室温和高温氩。gydF4y2Ba |
尽管UTS和比例限制在1000°C高于室温,1000°C的疲劳极限比室温低得多。gydF4y2Ba这意味着疲劳极限不是单调拉伸强度成正比。gydF4y2Ba对复合设计这一点很重要,因为单调的力量不是有用的设计cmc高温应用。gydF4y2Ba 复合材料在室温下的疲劳极限的压力远远高于基体开裂。gydF4y2Ba这意味着矩阵的复合材料可以避免不稳定传播引起的裂缝期间第一次加载循环疲劳应力的疲劳极限。gydF4y2Ba换句话说,矩阵裂缝形成在第一次加载可能传播矩阵的微裂缝也可能继续超过几千周期,但他们终于被捕,期间保持静止后循环荷载。gydF4y2Ba纤维桥接通常被认为是这一现象的主要原因,因为衔接力减少裂纹尖端的应力强度。gydF4y2Ba以上应力疲劳极限,伴随着发生循环疲劳断裂模量减少和周期。gydF4y2Ba模量的减少可能是由于裂纹数量或裂纹长度的增加。gydF4y2Ba因此,任何因子(循环荷载、高温蠕变、氧化等)会导致降低模量(生活)的样品,如果可以增加裂纹或裂纹长度。gydF4y2Ba 可用的理论和实验cmc大多适用于单向纤维增强复合材料。gydF4y2Ba2 d编织SiC /碳化硅复合的基本元素是0°包,90°包和毛孔。gydF4y2Ba因此,必须考虑它们的交互解释力学性能。gydF4y2Ba 矩阵微裂缝发生在初始蠕变加载应用程序,因此矩阵的纤维桥接裂纹总是运行纤维蠕变速率是否高于或低于这个矩阵。gydF4y2Ba在裂纹桥接机制中,矩阵裂纹增长率是由一个过程中,裂纹长度的增加伴随着增加纤维桥接裂纹的数量。gydF4y2Ba这个持续产生的稳态条件创造更多的桥接纤维之间的竞争随着裂纹长度的增加,这些纤维的断裂或蠕变是更大的压力转移到他们的gydF4y2Ba增加gydF4y2Ba裂纹张开gydF4y2Ba位移。gydF4y2Ba因此,蠕变强度的影响的桥接纤维复合材料的蠕变行为是很重要的。gydF4y2Ba 模量变化gydF4y2Ba和微观损伤gydF4y2Ba
的弹性模量逐渐降低循环疲劳已经报道了单向和层压陶瓷复合材料在室温和高温。gydF4y2Ba它已经表明,逐渐损害增长伴随着cmc在疲劳载荷下的模量降低。gydF4y2Ba了解在疲劳和蠕变损伤演化和退化机制,杨氏模量。gydF4y2Ba图4显示了应力应变滞后的发展循环。gydF4y2Ba斜率减小,循环的宽度gydF4y2Ba随周期。gydF4y2Ba
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图4。gydF4y2Ba进化的磁滞回路在SiC /碳化硅复合疲劳在1300°C的最大应力下120 MPa在空气中。gydF4y2Ba |
前者表明模量的降低,后者意味着界面滑动阻力的降低。gydF4y2Ba沿着应变滞回线转向正确的轴,这称为棘轮效应是由于时间变形(例如,蠕变)。gydF4y2Ba归一化系数的线性部分的值在第一次加载和循环如图5所示。gydF4y2Ba在≥120 MPa的压力,模量迅速减少在10周期,然后去逐步下降阶段,最后滴快速断裂。gydF4y2Ba在强调≤10gydF4y2Ba5gydF4y2Ba10 MPa,模量是恒定的gydF4y2Ba4gydF4y2Ba周期,然后单调减少。gydF4y2Ba在75 MPa,模量是恒定的10gydF4y2Ba7gydF4y2Ba测试的周期,停了下来。gydF4y2Ba当模量减少20 - 40%的原始值,骨折标本。gydF4y2Ba
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图5。gydF4y2Ba杨氏模量变化在SiC /碳化硅复合疲劳1300°C不同压力下在空气中。gydF4y2Ba |
蠕变和疲劳裂纹总是发现纤维束之间的大孔隙(图6)。gydF4y2Ba裂缝见面时0°纤维脱胶纤维和基质之间的接口。gydF4y2Ba0°纤维桥接裂纹面,因此减少的驱动力在裂纹尖端一般衔接机制。gydF4y2Ba
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图6。gydF4y2Ba裂缝在SiC /碳化硅复合1300°C。gydF4y2Ba |
结论gydF4y2Ba单调紧张、疲劳和蠕变的cmc的研究。gydF4y2Ba非弹性变形的原因在切口尖端应力再分配,因此,切口不敏感和小尺度效应出现在cmc。gydF4y2Ba然而,单调强度高并不意味着时间属性(疲劳和蠕变)在高温下也有前途。gydF4y2Ba蠕变和界面摩擦控制循环高温疲劳寿命。gydF4y2Ba 确认gydF4y2Ba我们非常感谢博士的建议和帮助m .美津浓和美国小川先生在日本精细陶瓷中心,日本名古屋。gydF4y2Ba 引用gydF4y2Ba1。gydF4y2Baa·g·埃文斯“视角高韧性陶瓷的发展”,j。陶瓷。Soc。gydF4y2Ba73年gydF4y2Ba(1990)187 - 206。gydF4y2Ba 2。gydF4y2Baa·g·埃文斯和f·w·Zok脆性基复合材料的物理和力学”,j .板牙。科学。,29日gydF4y2Ba(1994)3857 - 3896。gydF4y2Ba 3所示。gydF4y2Baa·g·埃文斯f . w . Zok和r . m . McMeeking“陶瓷基复合材料的疲劳”,《金属。板牙。gydF4y2Ba43gydF4y2Ba(1995)859 - 875。gydF4y2Ba 4所示。gydF4y2Baa·g·埃文斯,”设计和寿命预测问题为高温工程陶瓷及其复合材料”,Acta板牙。gydF4y2Ba45gydF4y2Ba(1997)23-40。gydF4y2Ba 5。gydF4y2Bam .美津浓,朱,y长野,y Sakaida, y Kagawa和m .渡边,“SiC /碳化硅复合循环疲劳行为在室温和高温”,j。陶瓷。Soc。gydF4y2Ba79年gydF4y2Ba(1996)3065 - 3077。gydF4y2Ba 6。gydF4y2Ba朱,m .美津浓、y Kagawa j .曹y长野和h·卡亚,“碳化硅纤维的蠕变和疲劳行为/碳化硅复合材料在高温下”,板牙。科学。Eng。gydF4y2BaA225gydF4y2Ba(1997)69 - 77。gydF4y2Ba 7所示。gydF4y2Ba朱,m .美津浓y长野,j .曹y Kagawa h·卡亚,“蠕变和疲劳行为的增强碳化硅/碳化硅复合材料在高温下”,j。陶瓷。Soc。gydF4y2Ba81年gydF4y2Ba(1998)2269 - 2277。gydF4y2Ba 8。gydF4y2Ba朱,m .美津浓、y Kagawa j .曹y长野,h·卡亚,“Hi-Nicalon蠕变和疲劳行为gydF4y2BaTMgydF4y2Ba纤维增强碳化硅复合材料在高温下,”j。陶瓷。Soc。gydF4y2Ba82年gydF4y2Ba(1999)117 - 128。gydF4y2Ba 9。gydF4y2Ba朱,m .美津浓y Kagawa y Mutoh、“单调紧张、疲劳和蠕变行为的碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料:回顾”,比较科学。科技。gydF4y2Ba59gydF4y2Ba(1999)833 - 851。gydF4y2Ba 10。gydF4y2Ba中华民国朱”,疲劳和蠕变特性的纤维增强陶瓷(概述)”,学科日本,gydF4y2Ba38gydF4y2Ba(1999)420 - 424。在日本。gydF4y2Ba 11。gydF4y2Bay Kaneko朱,y Ochi, t .小笠原群岛,t .石川“Tyranno频率对疲劳行为的影响纤维增强碳化硅复合材料”,陶瓷。Eng。科学。Proc。gydF4y2Ba22gydF4y2Ba(2001)553 - 560。gydF4y2Ba 12。gydF4y2Bat·玛米亚、美国朱,y Kagawa介电性能的应用非接触连续Fiber-Ceramic基复合材料损伤检测”,陶瓷。Eng。科学。Proc。gydF4y2Ba22gydF4y2Ba(2001)717 - 724。gydF4y2Ba 13。gydF4y2Bat .小笠原群岛,t .石川y沢,y人选,和朱,拉伸蠕变行为和热稳定性的正交三维编织Tyranno ZMI纤维/ Si-Ti-C-O基复合材料,j。陶瓷。Soc。gydF4y2Ba85年gydF4y2Ba(2002)393 - 400。gydF4y2Ba 14。gydF4y2Bay Miyashita, k .神田朱,y Mutoh、美津浓和a·j·McEvily“疲劳损伤过程的观察在SiC /碳化硅复合材料在室温和高温下”,国际米兰。j .疲劳,gydF4y2Ba24gydF4y2Ba(2002)241 - 248。gydF4y2Ba 15。gydF4y2Bat·玛米亚h . Kakisawa w•h•刘、朱中华民国和y Kagawa拉伸损伤演化和缺口敏感性gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3gydF4y2BaFiber-ZrOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba矩阵Minicomposite-reinforced艾尔gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3gydF4y2Ba基复合材料”,母亲。科学。Eng。gydF4y2BaA325gydF4y2Ba(2002)406 - 414。gydF4y2Ba 详细联系方式gydF4y2Ba |