Gr(C)f /Mg复合材料的热膨胀性能

 

 
 
 
 
碳(石墨)纤维增强镁基复合材料的线膨胀系数随着增强纤维弹性模量增大而减小，随着纤维体积分数的增加，复合材料的线膨胀系数由快到慢逐渐下降，镁基复合材料比铝基复合材料具有更低的线膨胀系数。择日不如撞日，今天，正航仪器来为您简单介绍相应的信息：长纤维增强金属基复合材料的低膨胀系数是由于纤维在变形过程中对基体变形的强烈约束所致，因此，纤维对基体的约束能力大小、基体的变形能力大小都对复合材料的线膨胀系数有很大的影响。

对碳纤维单向分布复合材料，其纵、横向热膨胀系数相差数倍，这是因为碳纤维热膨胀系数强烈的各向异性所致，单向复合材料横向热膨胀系数主要取决于基体，而纵向热膨胀系数则是由碳纤维控制。Wolff等人对Gr/Mg复合材料在热循环过程中的行为进行了分析，认为复合材料在升温或降温的过程中，由于纤维与基体的线膨胀系数的巨大差异，会在界面上产生热应力，如果纤维与基体界面结合良好，通过界面纤维能有效地约束基体变形行为，那么由温度引起的界面热应力就可能导致基体弹性变形、塑性变形和蠕变。


由于材料的热膨胀率会影响到材料尺寸的稳定性，而且，如果增强纤维与基体之间热膨胀率有差别的话，将作为内应变积蓄起来，成为发生内应力原因，在反复加热、冷却过程中，会引起热疲劳。而碳纤维的热膨胀系数低，在某一温度范围内呈负轴向热膨胀，导热性正交各向异性与镁基体相差很大。所以，在复合材料中，由热膨胀的差异引起位错，导致基体晶格畸变，从而导致微硬度值增加，且随碳纤维含量的增加，这种效果更加显著，进一步影响单向复合材料的热性能及力学性能，在热循环过程中，随温度升高，镁基体膨胀，碳纤维收缩。在温度变化过程中由于纤维与基体之间的热膨胀率的巨大差异，从而使基体产生很大的应力，导致低屈服强度的邻基体产生塑变。又因为基体与纤维之间结合力较小，从而引发扩散和界面滑移，使镁基体产生应力松弛，而导致空位和微裂纹的产生。结果使得复合材料在升温过程中易沿纤维方向(尤其在纤维端部)发生损伤及剥落现象。

目前对于Gr/Mg复合材料主要研究工作主要限于层状结构复合材料, 而对于编织结构金属基复合材料的热膨胀行为研究, 由于其纤维网络结构分布的复杂性，研究还相对比较少。文献利用刚度平均化理论探讨了微裂纹缺陷对编织结构复合材料热膨胀系数的影响。姚学锋等认为编织结构复合材料的可设计性是调节其膨胀系数的重要因素, 即通过选择纤维和基体的组份体积比、合理的纤维铺层模式、编织走向, 充分发挥纤维网络本身以及纤维和基体之间的界面对其膨胀变形的约束作用, 使碳纤维复合材料在某一特定方向的热膨胀系数趋于零, 从而将其设计成零膨胀结构, 满足航空航天、精密测量仪器的尺寸稳定性和耐久性要求。这也是碳纤维编织增强复合材料具有的一种特有属性和潜在优势。本文由正航仪器撰稿，我公司专业生产各种环境试验设备：恒温恒湿试验箱，冷热冲击试验箱，紫外线老化试验机等，更多产品，欢迎致电咨询！http://www.zhenghang88.cn