3dcsic的高温拉拉疲劳性能研究

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1、摘要陶瓷基复合材料在高温结构中有许多潜在的用途，3D—C／SiC又是目前这类材料的研究热点。但该材料的疲劳性能，特别是高温疲劳性能鲜有报道，限制了其设计、应用和进一步发展。因此本文研究了3D．C／SiC复合材料的高温拉一拉疲劳行为。所研究的3D—C／SiC由PAN碳纤维三维编织预制体化学气相渗透(CVI)SiC基体制成，其纤维体积分数约为40％。疲劳试验的应力主要范围为200MPa一300MPa，温度为室温、1100℃、1300℃和1500℃，应力比为O．1和0．5，频率为20HZ和60HZ，波形为正弦波。通过中间停

2、机测量材料的弹性模量和电阻，并通过扫描照片观察裂纹扩展。研究发现：试验表明，室温和高温下3D—C／SiC复合材料具有较高的抗疲劳性能，其疲劳极限约在拉伸强度的88％以上。该材料在室温、1100℃、1300℃和1500℃下的疲劳曲线和大多数材料的疲劳曲线一样，可划分为三个区域：短寿命区、长寿命区和无限寿命区。不同的是该材料的疲劳寿命曲线的应力范围比较窄。1100*C时的疲劳寿命最长，1300。C时的疲劳寿命居中，而室温和1500"C时的疲劳寿命最短。3D·C／SiC因热膨胀不匹配所引起的热残余应力随温度不同而不同，界面

3、上室温下沿径向表现为拉应力，在材料的制造温度以上表现为压应力，因此，不同温度下的疲劳断13上纤维束的拔出长度有着明显的不同，室温下拔出最长，1500℃下拔出最短。通过试验发现，1500"C下的预疲劳(o。

4、阻和弹性模量变化走势基本一致，说明疲劳损防、材料电阻、弹性模量之间有着必然的联系。用电阻和弹性模量变化规律均可表征疲劳中的损伤。3D—C／SiC由于应力集中的原因，疲劳裂纹主要起源于纤维束编织交叉处，而裂纹的扩展方式主要取决于界面层的状态和基体本身所具有的缺陷。由以上结果可知，3D—C／SiC复合材料具有较强的高温疲劳抗力。关键词：3D-C／SiC，高温疲劳，疲劳曲线，疲劳损伤机理，电阻，模量。ABSTRACTCMChavealotoflatentusenessatelevatedtemperaturestructu

5、re，asthesametime，3D—C／SiCcompositeisthefocusamongthem．3D—C／SiCcompositehasnotbeenusedandprogressedwidelybecausefewpeoplestudieditespeciallyitselevatedfatiguepropertiesintheworld．Sothetension—tensionfatiguebehaviorofa3D—C／SiCcompositeatelevatedtemperaturehasbeen

6、investigatedinpresentwork．3D—C／SiCcomposite，containing40VoltT300carbonfiber，wasfabricatedbyChemicalVaporInfiltration．Thetension·tensionfatiguetestshavebeenperformedundervacuumatroom—temperature，1100℃，1300℃，1500℃，forstressfrom200MPatO300MPa，ratioof0．1and0．5，sinu

7、soidalloadingfrequencyof20HZand60HZ．Stoppingfatiguemachineduringfatigueistomeasureelasticmodulus．resistanceandphotocrackbyTEM．Wefoundthat：Atroomtemperatureandelevatedtemperature，3D-C／SiCcompositehasrevealedagoodfatigueresistancecomparedwi血otherceramicsmatrixcom

8、posites．Thefatiguelimit(basedon100cycles)for3D-C／SiCisaboutabove88％ofitsultimatetensilestrength(UTS)．Thefatigue—lifecurveof3D—C／SiChasthreeregionst】1atincludeshortliferegion