Gr(C)f /Mg復合材料的熱膨脹性能

 

 
 
 
 
碳(石墨)纖維增強鎂基復合材料的線膨脹系數隨著增強纖維彈性模量增大而減小，隨著纖維體積分數的增加，復合材料的線膨脹系數由快到慢逐漸下降，鎂基復合材料比鋁基復合材料具有更低的線膨脹系數。擇日不如撞日，今天，正航儀器來為您簡單介紹相應的信息：長纖維增強金屬基復合材料的低膨脹系數是由于纖維在變形過程中對基體變形的強烈約束所致，因此，纖維對基體的約束能力大小、基體的變形能力大小都對復合材料的線膨脹系數有很大的影響。

對碳纖維單向分布復合材料，其縱、橫向熱膨脹系數相差數倍，這是因為碳纖維熱膨脹系數強烈的各向異性所致，單向復合材料橫向熱膨脹系數主要取決于基體，而縱向熱膨脹系數則是由碳纖維控制。Wolff等人對Gr/Mg復合材料在熱循環過程中的行為進行了分析，認為復合材料在升溫或降溫的過程中，由于纖維與基體的線膨脹系數的巨大差異，會在界面上產生熱應力，如果纖維與基體界面結合良好，通過界面纖維能有效地約束基體變形行為，那么由溫度引起的界面熱應力就可能導致基體彈性變形、塑性變形和蠕變。


由于材料的熱膨脹率會影響到材料尺寸的穩定性，而且，如果增強纖維與基體之間熱膨脹率有差別的話，將作為內應變積蓄起來，成為發生內應力原因，在反復加熱、冷卻過程中，會引起熱疲勞。而碳纖維的熱膨脹系數低，在某一溫度范圍內呈負軸向熱膨脹，導熱性正交各向異性與鎂基體相差很大。所以，在復合材料中，由熱膨脹的差異引起位錯，導致基體晶格畸變，從而導致微硬度值增加，且隨碳纖維含量的增加，這種效果更加顯著，進一步影響單向復合材料的熱性能及力學性能，在熱循環過程中，隨溫度升高，鎂基體膨脹，碳纖維收縮。在溫度變化過程中由于纖維與基體之間的熱膨脹率的巨大差異，從而使基體產生很大的應力，導致低屈服強度的鄰基體產生塑變。又因為基體與纖維之間結合力較小，從而引發擴散和界面滑移，使鎂基體產生應力松弛，而導致空位和微裂紋的產生。結果使得復合材料在升溫過程中易沿纖維方向(尤其在纖維端部)發生損傷及剝落現象。

目前對于Gr/Mg復合材料主要研究工作主要限于層狀結構復合材料, 而對于編織結構金屬基復合材料的熱膨脹行為研究, 由于其纖維網絡結構分布的復雜性，研究還相對比較少。文獻利用剛度平均化理論探討了微裂紋缺陷對編織結構復合材料熱膨脹系數的影響。姚學鋒等認為編織結構復合材料的可設計性是調節其膨脹系數的重要因素, 即通過選擇纖維和基體的組份體積比、合理的纖維鋪層模式、編織走向, 充分發揮纖維網絡本身以及纖維和基體之間的界面對其膨脹變形的約束作用, 使碳纖維復合材料在某一特定方向的熱膨脹系數趨于零, 從而將其設計成零膨脹結構, 滿足航空航天、精密測量儀器的尺寸穩定性和耐久性要求。這也是碳纖維編織增強復合材料具有的一種特有屬性和潛在優勢。本文由正航儀器撰稿，我公司專業生產各種環境試驗設備：恒溫恒濕試驗箱，冷熱沖擊試驗箱，紫外線老化試驗機等，更多產品，歡迎致電咨詢！http://www.zhensuchem.com