皮慧龙, 张宝鹏, 于新民, 刘伟, 金鑫

二维C/SiC-ZrC复合材料的低速冲击损伤研究

皮慧龙1, 张宝鹏2, 于新民2, 刘伟2, 金鑫2

(1. 西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室, 西安 710072; 2. 航天特种材料及工艺技术研究所, 北京 100074)

通过二维C/SiC-ZrC复合材料的低速冲击、冲击后拉伸试验以及CT扫描方法, 研究了不同冲击能量对材料冲击损伤特征及拉伸性能的影响。结果表明C/SiC-ZrC复合材料具有较高的冲击损伤容限, 在15~24 J能量范围内的损伤状态主要表现为穿透损伤。随着冲击能量的增大, 材料名义拉伸强度的下降趋于平缓, 最大降幅约为25%。冲击主要造成冲击区域附近的复合材料发生分层和纤维断裂损伤, 冲击区域以外未发生明显的损伤和破坏。

C/SiC-ZrC; 复合材料; 冲击; 剩余拉伸强度

C/SiC-ZrC超高温陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、高温抗氧化和耐烧蚀等优异性能, 可以满足防热和结构一体化设计的应用需求, 是航空航天飞行器用高温热结构部件的重要候选材料之一[1-3]。在使用和维修过程中, 复合材料结构件难免会遭受外来物体的冲击, 如跑道碎石冲击、人为踩踏、滑行碰撞等, 这些冲击能量一般在15 J以上[4], 会造成复合材料一定程度的损伤, 导致材料力学性能退化, 降低材料的使用寿命和稳定性。因此, 研究复合材料的冲击损伤特性及其对力学性能的影响, 对复合材料的使用安全具有重要意义。

陶瓷基复合材料的孔隙率一般较大(>10%), 而且材料内部的SiC和ZrC等陶瓷基体具有一定的脆性。在……