SiCf/TC17复合材料界面剪切强度测试与有限元分析
2021-01-19范王腾飞王敏涓
材料工程 2021年1期
李 虎,范王腾飞,王敏涓,黄 旭,黄 浩
(1 中国航空发动机集团先进钛合金重点实验室,北京 100095;2 中国航发北京航空材料研究院 先进复合材料国防科技重点实验室,北京 100095)
随着航空发动机的推重比和涡轮前温度的不断提高,压气机和涡轮的级数逐渐减少,单级负荷不断增大,零件的应力水平越来越高,工况越趋恶劣,目前压气机的主要材料钛合金与镍合金的发展已经接近极限,虽有进一步的改进余地但潜力不大,不能使发动机的性能产生飞跃,因此必须寻求能够满足发动机更加苟刻要求的新材料[1]。其中连续SiC纤维增强钛基复合材料(以下简称钛基复合材料)以其优良的室温、高温强度、模量及较低的密度,优异的抗蠕变性能和疲劳性能使它具有较大的应用潜力。连续SiC纤维增强钛基复合材料是以连续SiC纤维为增强体、钛合金为基体复合而成。常用的制备工艺有箔压法、纤维-基体涂层法等。
与其他纤维增强复合材料相同,钛基复合材料的性能除了受到增强体和基体的性能影响外,还和界面的性能有很大的关系。界面强度太高,裂纹难以偏转,尖端的应力集中无法缓解,容易横向贯穿复合材料;界面强度太低,裂纹又容易沿着界面扩展,造成纤维的脱拔等问题,因此界面的相对强弱是决定钛基复合材料失效机制的关键因素,而准确评价界面的强度则是理解界面强弱的基础。
评价界面强度的主要方法有单纤维拔出法、微滴脱粘法、纤维碎裂法和纤维顶出法等[2],评价钛基复合材料界面强度的常用方法是纤维顶出实验(push-out test)[3-7]。……
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