本发明专利技术提出一种提高2D-C/SiC复合材料基体开裂应力的方法，对2D-C/SiC复合材料进行2-3个周期的预蠕变处理，预蠕变温度为1400℃-1600℃，在达到预蠕变温度后，保温0.5-1h，保温结束后，对2D-C/SiC复合材料进行加载，加载应力为σ，σ取0.6～1倍的σmax，σmax为2D-C/SiC复合材料原始基体开裂应力的上限值；加载应力保持时间不小于8小时，而后对2D-C/SiC复合材料卸载并降至室温，降温速率不大于12℃/min。本发明专利技术通过对2D-C/SiC复合材料预蠕变处理，使材料的基体开裂应力得到明显提高，从而使材料的蠕变寿命得到显著地提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及2D-C/SiC复合材料
，具体为。
技术介绍
2D-C/SiC复合材料具有高强度、高硬度、低密度、耐高温等一系列优异的性能，近年来在航天航空等领域具有深远的发展前景，研究提高该材料基体开裂应力，从而提高其高温力学性能具有重要的意义。2D-C/SiC复合材料的基体开裂应力对应于拉伸应力-应变曲线中的比例极限，当材料的加载应力达到基体开裂应力时，基体中会产生大量新的微裂纹。这些新的微裂纹一旦产生，便会随着应力的增大而迅速的扩展，进而形成垂直于载荷方向的宏观基体裂纹，最终会贯穿材料的整个横截面，使基体中的纤维和基体界面不能有效地传递载荷，并且如果材料在氧化气氛中服役，氧化性的气氛会沿着基体裂纹进入材料的内部，使纤维氧化失效，从而影响材料的力学性能和使用寿命。
技术实现思路
要解决的技术问题本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本专利技术的一个目的在于提供一种提高2D_C/SiC复合材料基体开裂应力的方法，通过对材料进行预蠕变处理，提高其高温力学性能和使用寿命。技术方案在本专利技术的一个方面，本专利技术提出一种提高2D_C/SiC复合材料基体开裂应力的方法，其特征在于:对2D_C/SiC复合材料进行2-3个周期的预蠕变处理，相邻周期间隔不大于3天；每个周期采用以下步骤进行预蠕变处理:步骤1:将2D_C/SiC复合材料装夹后置于在真空环境中；步骤2:对2D-C/SiC复合材料进行预蠕变，预蠕变温度为1400°C -1600°C ;在2D-C/SiC复合材料达到预蠕变温度后，保温0.5-lh ;步骤3:保温结束后，对2D_C/SiC复合材料进行加载，加载应力为σ，σ取0.6?I倍的σ _，σ _为2D_C/SiC复合材料原始基体开裂应力的上限值；加载应力保持时间不小于8小时；而后对2D-C/SiC复合材料卸载并降至室温，降温速率不大于12°C /min。进一步的优选方案，一种提高2D_C/SiC复合材料基体开裂应力的方法，其特征在于:步骤3中加载应力σ取0.8?I倍的σ _。根据本专利技术的实施例，该方法利用材料中纤维具有比基体更高的弹性模量和低的蠕变速率的特点，对材料进行预蠕变处理，使原本处于残余拉应力状态下的基体变为处于残余压应力状态，大大的下降了基体开裂的可能，显著地提高了复合材料基体的开裂应力。【附图说明】本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是实施例中2D_C/SiC复合材料在未经预蠕变处理条件下材料的拉伸应力-应变曲线；图2是实施例中2D_C/SiC复合材料在预蠕变温度为1400°C，蠕变应力为50MPa条件下预蠕变处理后的材料的拉伸应力-应变曲线；图3是实施例中2D_C/SiC复合材料在预蠕变温度为1500°C，蠕变应力为50MPa条件下预蠕变处理后材料的拉伸应力-应变曲线。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在2D_C/SiC复合材料中，碳纤维在温度高于2100°C的时候才会发生蠕变现象，而化学气相沉积(CVI)的SiC基体在高于1400°C时就能发生以晶界滑动为主要机制的蠕变。因此在2D-C/SiC复合材料中，纤维具有比基体更高的弹性模量和低的蠕变速率，通过对材料进行预蠕变处理，可以使材料内部的基体的应力状态发生变化，使其由残余拉应力状态变为处于残余压应力状态，而使纤维由残余压应力状态变为处于残余拉应力状态。正是由于这种应力状态的转变，使材料在拉伸过程中发生应力再分配，基体应力通过应力再分配会逐渐转移至纤维上，从而使材料的基体开裂应力得到显著地提高。在相同的服役条件下，材料基体开裂的可能性下降，从而可以更好点的保护材料内部的纤维和界面，使其免受损伤，并最终提高材料的力学性能和使用寿命。下面实施例中采用的2D_C/SiC复合材料为通过以下方式:由T300碳纤维束编织成(0° /90° )碳布，然后叠压成二维编织预制体，再通过CVI工艺沉积适当厚度热解碳界面相后再沉积碳化硅基体，而制得的纤维体积分数约为40%，孔隙率约为17%的2D-C/SiC复合材料。该材料的原始基体开裂应力范围为40MPa?50MPa。实施例1:对2D_C/SiC复合材料进行2个周期的预蠕变处理，相邻周期间隔为I天。在第I周期内，采用以下步骤:步骤1:将2D_C/SiC复合材料装夹在拉伸试验机上，并置于真空炉内；步骤2:将预蠕变温度设定为1400°C -1600°C，在该温度范围内，以化学气相沉积工艺得到的SiC基体发生以晶界滑动为主要机制的蠕变，而碳纤维未发生蠕变；而本实施例中预蠕变温度设定为1400°C，真空炉以15°C /min的升温速率升温；在2D_C/SiC复合材料达到预蠕变温度后，保温0.5h ;步骤3:保温结束后，对2D_C/SiC复合材料进行加载，加载应力为σ，σ取0.6?I倍的σ _，σ _为2D_C/SiC复合材料原始基体开裂应力范围的上限值，在这一应力范围内SiC基体不会发生开裂、界面脱粘等损伤行为；本实施例中o_S50MPa，σ取50MPa，加载应力保持时间为8小时；而后对2D_C/SiC复合材料卸载并降至室温，降温速率为10°C /min0进行完第一周期的预蠕变处理后，间隔I天，以同样的实验参数进行第二周期预蠕变处理。图2所示为本实施例中经过预蠕变处理后材料的拉伸应力-应变曲线，曲线中线性阶段所对应的应力即为材料的基体开裂应力约为78MPa ;而如图1所示，材料未经预蠕变处理的原始基体开裂应力近似为42MPa(处于40MPa?50MPa范围内)；对比可以看出，在经过预蠕变处理后的材料的基体开裂应力得到明显的提高。实施例2:对2D_C/SiC复合材料进行2个周期的预蠕变处理，相邻周期间隔为I天。在第I周期内，采用以下步骤:步骤1:将2D_C/SiC复合材料装夹在拉伸试验机上，并置于真空炉内；步骤2:将预蠕变温度设定为1400°C -1600°C，在该温度范围内，以化学气相沉积工艺得到的SiC基体发生以晶界滑动为主要机制的蠕变，而碳纤维未发生蠕变；而本实施例中预蠕变温度设定为1500°C，真空炉以15°C /min的升温速率升温；在2D_C/SiC复合材料达到预蠕变温度后，保温0.5h ;步骤3:保温结束后，对2D_C/SiC复合材料进行加载，加载应力为σ，σ取0.6?I倍的σ _，σ _为2D_C/SiC复合材料原始基体开裂应力范围的上限值，在这一应力范围内S当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高2D‑C/SiC复合材料基体开裂应力的方法，其特征在于：对2D‑C/SiC复合材料进行2‑3个周期的预蠕变处理；每个周期采用以下步骤进行预蠕变处理：步骤1：将2D‑C/SiC复合材料装夹后置于在真空环境中；步骤2：对2D‑C/SiC复合材料进行预蠕变，预蠕变温度为1400℃‑1600℃；在2D‑C/SiC复合材料达到预蠕变温度后，保温0.5‑1h；步骤3：保温结束后，对2D‑C/SiC复合材料进行加载，加载应力为σ，σ取0.6～1倍的σmax，σmax为2D‑C/SiC复合材料原始基体开裂应力的上限值；加载应力保持时间不小于8小时；而后对2D‑C/SiC复合材料卸载并降至室温，降温速率不大于12℃/min。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张程煜，张晓，赵蒙蒙，田卓，韩栋，李玫，乔小刚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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