以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维无纬布和短切网胎纤维交互叠层针刺, 在预制体制备过程中掺杂0%、5%、15%、25%和35%五种不同质量分数的BaTiO3, 制备得到纵向纤维排布环形碳纤维预制体, 通过化学气相沉积(CVD)和液相浸渍相结合的方法, 制备得到BaTiO3改性碳/碳复合材料。对该复合材料进行垂直和平行两个方向的力学性能测试, 并且观察断口处的组织结构及其形貌特征。结果表明, 引入纳米BaTiO3后, 加快了热解碳形核与生长的过程, 改变了热解碳的组织结构, 由单一的光滑层组织结构转变为光滑层和粗糙层两种组织结构。随着BaTiO3含量的增加, 复合材料的垂直压缩强度先基本不变后逐渐增大, 平行压缩强度先增大后减小。复合材料的垂直压缩断裂方式均为脆性断裂, 平行压缩断裂方式也均为脆性断裂同时呈现层间断裂的特征。
碳/碳复合材料 垂直压缩 平行压缩 脆性断裂 层间断裂 C/C composite BaTiO3 BaTiO3 vertical compression parallel compression brittle fracture interlaminar fracture
哈尔滨工业大学 机电工程学院 黑龙江 哈尔滨 150001
主要研究不同加工深度及压头形状刻划条件下反应烧结碳化硅(RB-SiC)陶瓷脆性去除特征和刻划力波动行为之间的关系。采用半径分别为400 nm的金刚石玻氏压头以及8.7 μm的圆锥压头进行恒切深刻划, 并利用扫描电子显微镜对刻划后的SiC陶瓷表面进行测量。最后, 通过Daubechies小波进行横向力和切向力信号分解, 并结合划痕表面损伤形式, 给出不同细节信号及近似信号与加工损伤的联系。实验结果表明：对于圆锥压头, 随着加工深度的增大, 表面形貌为塑性挤出、微破碎和大面积表面破碎共存的形式。此外, 在脆性断裂去除情况下, 随着压头尖端半径的减小, 破碎程度增加且刻划力信号能量由低频段逐渐扩散到整个频域。同时低频段的能量逐渐占据主要地位。不同程度的表面微破碎及边缘微破碎对刻划力细节信号分量贡献较大。反应烧结碳化硅结构本身差异以及缺陷引起的大面积断裂是刻划力波动能量的主要来源, 而且随着加工深度的增大而增大。
脆性断裂 小波分析 刻划力 玻氏压头 圆锥压头 RB-SiC RB-SiC brittle fracture wavelet analysis scratch force Berkvoich indenter conical indenter
采用Nd∶YAG脉冲激光对连杆所用材料C70S6钢和发动机曲轴轴承座常用材料灰铸铁进行了裂解槽加工，并在裂解设备上进行了胀断实验。采用工具显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度仪等对比研究了裂解槽的几何形貌、裂解槽附近显微组织和显微硬度变化以及断口形貌，探讨了脉冲激光加工裂解槽的特性，揭示了脉冲激光加工韧/脆性材料裂解槽对胀断工艺的影响机制。结果表明：脉冲激光加工韧/脆性材料裂解槽的几何形貌、缺口效应均明显优于拉削加工和线切割加工，其中灰铸铁的缺口敏感性得到显著增强,在韧/脆性材料裂解槽附近均生成了易碎的马氏体，在槽的根部出现了微裂纹,组织明显细化；韧/脆性材料熔化区显微硬度约为820/850 HV，相变硬化区约为860/550 HV，显微硬度均高于基体，硬化效果显著；在C70S6钢槽根部区域未见韧性撕裂现象,韧/脆性材料断口都表现出脆性断裂特征，满足裂解工艺要求。
韧/脆性材料 裂解槽 脉冲激光 显微组织 脆性断裂 ductile/brittle materials fracture notch pulsed laser microstructure brittle fracture
