一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法技术

本发明专利技术涉及一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法，该方法包括如下步骤：由纤维复合材料中截取试样，将试样的截取面进行磨平和抛光处理后形成测试面；利用探针对测试区域进行第一次三维形貌扫描，得到界面和纤维之间的抛光磨损高度差H

【技术实现步骤摘要】
一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法
本专利技术涉及纤维复合材料加工检测
，具体涉及一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法。
技术介绍
界面是影响纤维复合材料各项性能的重要因素，界面起到纤维和树脂之间的应力传递作用，不仅影响到纤维复合材料的静态力学性能和疲劳性能，还影响到纤维复合材料的环境耐受性能。全面评估纤维复合材料中界面性能，可以更好地建立材料界面组成设计和性能关系，为材料研制提供重要的参考。界面的粘结强度是界面性能的一项重要指标，人们相继发展了微脱粘、单丝断裂、纤维拔出、纤维顶出等多种方法来评估界面的粘结强度。然而对界面硬度却关注较少，界面硬度对材料的动态性能、环境耐受性能尤其影响较大。纤维复合材料的纤维/树脂界面区的尺寸仅为100nm量级，而多数检测方法的检测区域远大于这个尺寸，因此界面的微小尺度给界面硬度的评估带来了困难。相关技术中，存在几种评估界面硬度的方法，采用原子力显微镜进行界面区模量成像的方法，然而界面区模量成像需要大量的时间去精细调节参数，并且不同的试样之间可比性较差。纳米力学测试设备的应用给微小尺度区域的力学特征检测提供了一种新的方法，如纤维到树脂之间的界面区划线方法被较多使用，然而，应用此方法得到的界面区划线受到探针尺度的影响，并且由于划线的压力较大，不能真实反映界面区尺度和硬度。典型的利用探针划线法得到的界面区域可达数微米，远远大于通过原子力显微镜模量成像方法得到的结果，并且得到的界面区硬度/模量要高于相应树脂，也和通过原子力显微镜模量成像方法得到的结果相反。专利
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法，利用微纳米表征技术，建立起一种纤维复合材料界面区硬度的方法，能够减小因高强度纤维对探针的阻隔作用而导致的界面区磨损深度的误差，还可减小因磨损深度较小时，局部缺陷的存在导致产生误差。本专利技术的实施例提出了一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法，包括如下步骤：步骤1：由纤维复合材料中截取试样，所述试样包括截取面，所述试样中的界面方向垂直于纤维分布方向，所述试样的长宽高不超出50mm×50mm×10mm，将所述试样的截取面进行磨平和抛光处理后形成测试面；步骤2：在所述测试面上选取2～6个测试区域，每个测试区域的边长为1～10μm；步骤3：利用探针对测试区域进行第一次三维形貌扫描，得到所述界面和所述纤维之间的抛光磨损高度差H1，利用探针对所述测试区域进行磨损形成磨损测试区域，利用探针对所述磨损测试区域进行第二次三维形貌扫描，得到所述界面和所述纤维之间的二次磨损高度差H2；步骤4：得到所述抛光磨损高度差H1和所述二次磨损高度差H2之间的差值探针磨损差值H3；步骤5：重复步骤2至步骤4完成所述每个测试区域进行三维形貌扫描，且得到所述每个测试区域的抛光磨损高度差H1、二次磨损高度差H2和探针磨损差值H3；步骤6：求取所有测试区域的抛光磨损高度差H1的平均值A1、所有测试区域的二次磨损高度差H2的平均值A2和所有测试区域的探针磨损差值H3的平均值A3。优选地，所述第一次三维形貌扫描的扫描压力小于等于4μN，所述第二次三维形貌扫描的扫描压力小于等于5μN。优选地，所述探针对所述测试区域进行磨损时，所述探针与所述测试区域的表面的接触力为10～60μN。优选地，所述探针对所述测试区域的磨损次数为1～3次。优选地，所述测试区域在所述截取面上位于邻近中间铺层或邻近表面铺层的位置。优选地，其特征在于，所述纤维为碳纤维。优选地，所述截取面的抛光时间大于等于15min。优选地，所述纤维为玻璃纤维。优选地，所述截取面的抛光时间大于等于45min。优选地，所述纤维为碳化硅纤维。综上，本专利技术的纤维复合材料界面区硬度的评估方法，采用垂直与纤维方向的截取面，界面具有较好的一致性，通过抛光磨损和探针磨损的相互印证，提高结果可信性，减小了因取样和样品自身导致的测量误差，还可得到百纳米大小的界面的硬度差异，通过对测试区域的全区域磨损和扫描，得到整个界面和纤维的高度差信息，提高测量数据的准确度，并且设置多个测试区域，具有区域的可比性和试样间的可比性，从而减小测量误差，通过控制探针的磨损作用力，能够减小因高强度纤维对探针的阻隔作用而导致的界面区磨损深度的误差，还可减小因磨损深度较小时，局部缺陷的存在导致产生误差，通过探针磨损次数控制，避免因磨损深度较小时，局部缺陷的存在导致产生误差。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术中G1和G2试样抛光磨损后、探针二次磨损后纤维与界面区的高度差及差值(单位:nm)图2是本专利技术中C1和C2试样抛光磨损后、探针二次磨损后纤维与界面区的高度差及差值(单位:nm)图3是本专利技术中试样的第一次三维形貌扫描图和第二次三维形貌扫描图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。如图1至图3所示是本专利技术实施例的一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法，包括如下步骤：步骤1：由纤维复合材料中截取试样，试样包括截取面，试样中的界面方向垂直于纤维分布方向，试样的长宽高不超出50mm×50mm×10mm，将试样的截取面进行磨平和抛光处理后形成测试面。步骤2：在测试面上选取2～6个测试区域，每个测试区域的边长为1～10μm。步骤3：利用探针对测试区域进行第一次三维形貌扫描，得到界面和纤维之间的抛光磨损高度差H1，利用探针对测试区域进行磨损形成磨损测试区域，利用探针对磨损测试区域进行第二次三维形貌扫描，得到界面和纤维之间的二次磨损高度差H2。步骤4：得到抛光磨损高度差H1和二次磨损高度差H2之间的差值探针磨损差值H3。步骤5：重复步骤2至步骤4完成每个测试区域进行三维形貌扫描，且得到每个测试区域的抛光磨损高度差H1、二次磨损高度差H2和探针磨损差值H3。步骤6：求取所有测试区域的抛光磨损高度差H1的平均值A1、所有测试区域的二次磨损高度差H2的平均值A2和所有测试区域的探针磨损差值H3的平均值A3。在一些实施例中，第一次三维形貌扫描的扫描压力小于等于4μN，所述第二次三维形貌扫描的扫描压力小于等于5μN。通过控制扫描压力，避免因压力较大，不能真实反映界面区尺度和硬度。在一些实施例中，探针对测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：由纤维复合材料中截取试样，所述试样包括截取面，所述试样中的界面方向垂直于纤维分布方向，所述试样的长宽高不超出50mm×50mm×10mm，将所述试样的截取面进行磨平和抛光处理后形成测试面；/n步骤2：在所述测试面上选取2～6个测试区域，每个测试区域的边长为1～10μm；/n步骤3：利用探针对测试区域进行第一次三维形貌扫描，得到所述界面和所述纤维之间的抛光磨损高度差H

【技术特征摘要】
1.一种纤维复合材料界面区硬度的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：由纤维复合材料中截取试样，所述试样包括截取面，所述试样中的界面方向垂直于纤维分布方向，所述试样的长宽高不超出50mm×50mm×10mm，将所述试样的截取面进行磨平和抛光处理后形成测试面；
步骤2：在所述测试面上选取2～6个测试区域，每个测试区域的边长为1～10μm；
步骤3：利用探针对测试区域进行第一次三维形貌扫描，得到所述界面和所述纤维之间的抛光磨损高度差H1，利用探针对所述测试区域进行磨损形成磨损测试区域，利用探针对所述磨损测试区域进行第二次三维形貌扫描，得到所述界面和所述纤维之间的二次磨损高度差H2；
步骤4：得到所述抛光磨损高度差H1和所述二次磨损高度差H2之间的差值探针磨损差值H3；
步骤5：重复步骤2至步骤4完成所述每个测试区域进行三维形貌扫描，且得到所述每个测试区域的抛光磨损高度差H1、二次磨损高度差H2和探针磨损差值H3；
步骤6：求取所有测试区域的抛光磨损高度差H1的平均值A1、所有测试区域的二次磨损高度差H2的平均值A2和所有测试区域的探针磨损差值H3的平均值A3。


2.根据权利要求1所述的纤维复合材料界面区硬度的评估方法，其特征在于，所述第一次三维形貌扫描的扫描压力小于等于4μN，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭妙才，李亚锋，洪旭辉，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11