缑建杰
,
张程煜
,
吴小军
,
严科飞
,
乔生儒
材料导报
运用双槽口剪切试验方法测试了碳纤维增强碳基复合材料(C/C)在室温、700℃、1000℃、1400℃下的剪切强度,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了材料的原始组织形貌和断口微观形貌.结果表明:材料的剪切强度在一定范围内随温度的升高而增加,材料Z向的剪切强度优于XY向.通过SEM观察分析可知,材料XY向和Z向纤维的含量明显不同;室温下,C/C复合材料的破坏形式有纤维拔出及断裂,而高温下,失效形式主要为纤维的拔出、纤维/基体界面脱粘等.
关键词:
C/C复合材料
,
剪切强度
,
断口形貌
吴小军
,
乔生儒
,
侯军涛
,
韩栋
,
李玫
新型炭材料
doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2006.04.006
真空条件对2D-C/SiC复合材料在1300℃和1500℃进行了高温拉伸蠕变试验,蠕变进行到0、0.5h、2h、10h、25h、50h中断试验,用SEM观察表面形貌,用盒维数法计算试样表面裂纹的分形维数;同时测量试样的弹性模量.结果表明,由于2D-C/SiC特有的蠕变损伤形式,所形成的损伤尺度都较短,其分形维数介于0～1之间.用分形维数和弹性模量衰减都可表征2D-C/SiC的蠕变损伤,两种损伤参量所描述的蠕变损伤总的发展趋势基本一致,即蠕变开始阶段损伤发展较快,随后进入缓慢发展的第二阶段.在第二阶段中,分形维数表征的损伤持续单调增加;而用弹性模量衰减表征的损伤在该阶段出现先下降随后升高的现象.以基体裂纹为主要损伤形式的条件下,分形维数主要反映蠕变试样局部的损伤,而弹性模量衰减反映的是蠕变试样整体的损伤.
关键词:
2D-C/SiC
,
拉伸蠕变
,
损伤
,
分形维数
,
弹性模量
侯军涛
,
乔生儒
,
韩栋
,
吴小军
,
李玫
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2006.05.010
研究了具有双边对称圆弧缺口(试样厚3 mm宽4 mm,缺口半径2 mm,缺口深0.6 mm)的二维正交编织C/SiC试样在室温空气中与高温真空下拉伸行;测量了拉伸过程中的应力、应变、初始模量和电阻;并用SEM观察断口.结果表明,2D-C/SiC材料除室温下缺口试样的拉伸强度低于光滑试样外,高温下两者基本相当,两者都随温度的升高变化也基本一致.高温下缺口试样拉伸强度与光滑试样相当说明,该材料对应力集中不敏感;室温时对应力集中敏感.缺口试样的断裂应变要远小于光滑试样的断裂应变.2D-C/SiC材料缺口试样基体裂纹开裂应力随着试验温度的上升逐渐增加.缺口试样的相当模量高于同一温度下光滑试样的弹性模量,两者都随着试验温度上升而增加,在1 100℃达最大值,然后开始下降.电阻表征的损伤大体上随载荷增加而增加,1 300℃和1 500℃条件下,较小载荷范围内有下降现象.从室温到1 500℃,所有断口中与载荷方向垂直的纤维束断裂面平整,平行于载荷方向的纤维束断面参差不齐.2D-C/SiC复合材料总体上仍属于脆性断裂,局部上有纤维或纤维束内小的纤维集团拔出,吸收了较多的能量,存在增韧机制.
关键词:
缺口
,
2D-C/SiC
,
高温拉伸
,
电阻
,
损伤
侯军涛
,
乔生儒
,
韩栋
,
吴小军
,
李玫
材料导报
研究了二维正交编织C/SiC双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2D-C/SiC复合材料缺口试样拉-拉疲劳的S-N曲线非常平坦,其疲劳极限是同温度下缺口试样拉伸强度的80%～90%,光滑试样和缺口试样的疲劳极限比值与理论应力集中系数基本相同.缺口试样在疲劳过程中,电阻表征损伤与模量表征损伤的规律基本一致.在疲劳试验初期阶段,缺口附近损伤发展很快,主要表现为产生大量与加载方向垂直的裂纹,随着疲劳次数的增加,损伤发展减缓,但损伤形式逐渐增多,缺口附近与加载方向垂直的裂纹数量明显多于平行加载方向的裂纹数.讨论了电阻表征损伤和模量表征损伤之间的关系.
关键词:
缺口
,
2D-C/SiC
,
拉-拉疲劳
,
损伤
,
电阻
,
共振频率
吴小军
,
乔生儒
,
程文
,
邹武
,
崔红
,
王坤杰
新型炭材料
以X-Y平面依次铺设炭纤维束、Z向穿插炭棒的4D软硬混编为预制体,采用沥青液相常压、高压浸渍/炭化-石墨化循环致密工艺制备4D-C/C复合材料.通过该材料Z向(炭棒方向)的拉伸实验,测定其拉伸性能和力学行为,并采用SEM分析试样表面及断口形貌.结果表明:宏观上拉伸试样以炭棒整体拔出的形式破坏;细观尺度上,试样表面形成了与载荷方向垂直的贯穿性裂纹,裂纹以2mm左右的距离呈等间距分布;材料进一步的破坏过程中,基体裂纹在X-Y向纤维束中呈线性扩展,快速分割了基体材料,使4D-C/C复合材料的拉伸破坏演变为1D-C/C复合材料的破坏模式,由于炭棒与基体炭界面结合弱,炭棒以拔出方式失效和破坏.
关键词:
软硬混编预制体
,
4D-C/C材料
,
拉伸性能
,
破坏机理
金广谦
,
梁缘
,
吴小军
,
周兆鹏
玻璃钢/复合材料
doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2008.06.009
碳/玻混杂纤维增强塑料(HFRP)筋具有弹性模量高、造价低的特点,受到工程界广泛关注.完全采用试验方法研究碳/玻混杂纤维筋混凝土梁的抗弯性能,往往成本较高.本文在试验研究的基础上,应用ANSYS软件对HFRP筋混凝土梁的抗弯性能进行有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好,从而为HFRP筋混凝土的推广应用提供了一条便捷的研究方法.
关键词:
碳/玻混杂纤维筋
,
有限元分析
,
抗弯性能
,
混凝土结构
张智
,
杨杰
,
嵇阿琳
,
吴书锋
,
吴小军
,
介玉洁
材料导报
采用沥青液相浸渍-碳化法制备了轴棒法编织碳/碳(C/C)复合材料,并选择900℃、1500℃、2500℃三种温度对轴棒法编织C/C复合材料进行了高温处理,研究了高温处理对材料热膨胀系数及导热系数的影响.结果表明:随着高温处理温度的升高,轴棒法编织C/C复合材料的开孔率增大,内部裂纹增多并扩展,导致材料的热膨胀系数总体上呈现降低的趋势；另外,随高温处理温度的升高,材料晶体有序程度增加,从而使声子的平均自由程增加,导致材料的导热系数增大.
关键词:
C/C复合材料
,
高温处理
,
热膨胀系数
,
导热系数
吴小军
,
左敦稳
,
徐锋
,
王珉
,
何家源
,
袁佳晶
硅酸盐通报
化学气相沉积金刚石膜是聚优异力学、电学、热学性能于一体的材料.金刚石激光打孔过程中存在特有的石墨化现象使得其温度场的分布有别于其他材料,因而,开展CVD金刚石膜激光打孔温度场研究对于理解热加工机理和进行参数优化具有重要的指导意义.本文首先建立了考虑金刚石石墨化过程的激光打孔热力学模型,根据有限元模型开展对CVD金刚石膜激光打孔有限元仿真研究,得到激光打孔温度场和金刚石石墨化的分布规律,并讨论激光能量、脉冲宽度、重复频率对单个脉冲去除量和石墨化程度的影响.仿真结果表明:单个脉冲平均去除量和石墨化程度均随着激光能量、脉冲宽度、重复频率的增加而增加,但激光能量的影响最为显著;当激光能量取0.5～1.6 J,脉冲宽度取300～800 ns,重复频率取30～60 Hz时既可以得到很高的加工效率同时又可以获得热影响区域较小的加工效果.
关键词:
CVD金刚石膜
,
调Q Nd:YAG激光
,
打孔
,
温度场
,
有限元
吴小军
,
童群义
高分子材料科学与工程
油田油藏条件下使用的黄原胶在高温下易发生降解、黏度下降.文中研究了除氧剂(硫代硫酸钠)对黄原胶耐热稳定性的影响,结果表明,当硫代硫酸钠的使用浓度为1.5 g/L时,黄原胶溶液经121 ℃高温处理3 h,其黏度下降幅度变小,黏度保留率得到明显的提高,耐热稳定性提高了1.85倍.通过包埋硫代硫酸钠,制备出了具有较高耐热性的黄原胶.采用热重分析仪(TGA)对其耐热性进行了研究,研究表明,黄原胶(包埋硫代硫酸钠)的耐热稳定性得到有效的改善.
关键词:
黄原胶
,
热稳定性
,
硫代硫酸钠
,
热重分析
吴小军
,
程文
,
乔生儒
,
邹武
,
张鹏
,
张晓虎
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2009.11.021
将炭毡预制体用化学气相渗法增密至1.0 g/cm~3后,进行树脂浸渍炭化增密.用压汞法测试了树脂浸渍炭化过程C/C复合材料孔隙率及孔径的变化,并与完全开孔条件下孔隙变化规律进行了比较.在此基础上,提出了树脂浸渍炭化过程孔隙演化模型,并用分形法进行了表征.利用SEM观察了不同浸渍炭化次数下C/C复合材料的孔隙形貌.结果表明:C/C复合材料树脂浸渍炭化过程中总孔隙率呈下降趋势,而0.04-6 μm范围的孔隙呈增加趋势,浸渍炭化过程不断有闭孔孔隙形成.树脂浸渍炭化过程孔隙演化符合分形,足一种自相似的填充演化模式,和本研究提出的孔隙演化模型类似,孔隙分形维数随浸渍炭化次数呈减小趋势.首次浸渍炭化后形成了大量的裂纹型孔隙,随着浸渍炭化次数的增加,裂纹型孔隙被逐渐填充,进一步验证了孔隙自相似填充演化模型的合理性.
关键词:
C/C复合材料
,
树脂浸渍炭化
,
孔隙
,
分形维数
