SiC制造技术

本发明专利技术属于材料力学性能测试技术领域，涉及一种SiC

【技术实现步骤摘要】
SiC
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/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试夹具及方法


[0001]本专利技术属于材料力学性能测试
，特别涉及一种SiC
f
/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试夹具及方法。

技术介绍

[0002]SiC
f
/SiC复合材料通过在SiC基体中引入增强相SiC纤维，可以极大的提升SiC陶瓷材料本身的韧性，解决SiC自有的高脆性问题，同时保留SiC陶瓷材料原本具有的高温耐磨等优良特性，被广泛应用于航空航天、军工、机械、化工、电子技术等领域。
[0003]SiC
f
/SiC复合材料的拉伸应力
‑
应变曲线往往呈现非线性特征，曲线偏离线性的转折点对应基体中贯穿裂纹的萌生，此后由于基体裂纹的扩展、纤维的拔出、界面滑移、纤维断裂等，导致材料刚度下降，该转折点所对应的应力通常称为基体开裂强度，或者比例极限应力。对于SiC
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/SiC复合材料，拉伸比例极限是最重要的设计用力学性能数据，结构设计时均以拉伸比例极限作为最大可用强度，这是因为一旦基体开裂，服役环境中的介质将通过基体中的裂纹进入材料内部，使材料性能被环境腐蚀而发生严重退化。另外，有研究表明SiC
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/SiC的拉伸比例极限与材料的疲劳性能直接相关，拉伸比例极限高的SiC
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/SiC具有更长的寿命和更高的疲劳极限，因此对于SiC
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/SiC复合材料而言，拉伸比例极限比拉伸强度数据更具有使用价值，不仅是结构设计许用值确定的依据，同时也是衡量SiC
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/SiC复合材料力学性能最重要的指标，因此拉伸比例极限的测试对SiC
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/SiC复合材料具有重要意义。
[0004]由于拉伸比例极限是衡量SiC
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/SiC复合材料力学性能优劣最重要的指标，因此在SiC
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/SiC研发过程中，拉伸比例极限的测试需求越来越多，目前SiC
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/SiC复合材料拉伸比例极限一般通过对一个标准直条试样的拉伸获得，这种方式所采用的试样尺寸较大，对原材料价格昂贵、工艺成本高的SiC
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/SiC复合材料不具备经济性，因此目前材料研发人员对一种小尺寸的Y型端部试样非常青睐，通过采用这种小尺寸试样可以大大缩短制样时间，节省材料成本，可对材料工艺改善效果做出快速评估，有助于缩短材料研发周期。
[0005]现有技术中，专利CN103018101A“一种用于陶瓷基复合材料高温拉伸测试的夹具”也采用一种Y型端部试样，利用试样端部的楔面和一体式夹具中Y型榫槽的楔面接触产生的支持力来传递载荷。专利CN 109813610 A“一种陶瓷基复合材料超高温拉伸组合夹具”中也采用一种Y型端部试样，夹具采用带Y型榫槽的一个半圆台卡件用于连接Y型端部试样与试验机，也是利用Y型端部试样两端的楔面与夹具中卡槽的楔面接触压紧，实现试样与夹具的自锁。但是上述两个专利均采用的是夹具中加工一个深度大于试样厚度的一体式Y型榫槽的设计思想，试验时将试样吊挂与夹具中的Y型榫槽中，这种很难保证试样相对于试验机加载线的对中。另外上述两种夹具由于完全靠试样的两个楔形面与夹具楔形面的压紧力传递载荷，经常发生楔面处试样的压溃，导致载荷传递不稳定，甚至试验失败。
[0006]由于这种小尺寸的Y型端部试样加载时所承受的载荷较小，使得试样装载、试验员操作差异等外在因素的影响相比于其对常规试样测试的影响更为显著，如果能在一次加载中同时进行多根试样的加载，则能有效地消除上述误差。此外，小尺寸Y型试样尺寸较小，而
拉伸极限的测试不需要将试验件拉断，因此我们考虑将这些小尺寸Y型试样首尾相连。为此，需要设计一种专用的工装夹具，并开发一种考虑夹具自重的用于计算不同位置处试样中拉伸应力的方法，提供一种SiC
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/SiC复合材料拉伸比例极限高通量的测试方法，实现在一次试验中同时完成多根试样的拉伸加载。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是：提供SiC
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/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试夹具及方法，设计一种可实现多个试样首尾相连及其试样与试验机连接的夹具，通过一次加载同时完成若干个试样拉伸的测试，同时开发一种分别获得Y型端部试样标距段真实拉伸应力
‑
应变曲线的方法，以解决SiC
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/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试，并消除试样装载有关的人为系统误差，实现SiC
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/SiC拉伸比例极限测试效率和精度的双提升。
[0008]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0009]一方面，提供一种SiC
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/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试夹具，
[0010]所述高通量拉伸测试夹具通过保持每个试样加载状态的对中性，实现多个试样的首尾相连，并在加载时利用夹具和试样自锁，将试验机的载荷有效传递到每个试样的标距段，实现在一次力学试验中同时完成多个试样的拉伸；
[0011]所述高通量拉伸测试夹具分为两部分：与试验机连接部分和多个试样之间连接的部分；
[0012]所述与试验机连接部分由4个中间加工梯形槽的T形夹板构成，两两组成一对使用，其中梯形槽的形状与试样Y型端部的形状相似，斜面一致，两者的斜面能相互契合，将第1根Y型端部小试样的上端夹在一对T形夹板中间，而Y型端部小试样的上端部分恰好可被卡到2个T形夹板的梯形槽中，试验时将这一对T形夹板夹持到试验机的上夹头中；另外2个T形夹板也组成一对，将最后1根Y型端部小试样的下端夹在中间，而Y型端部小试样的下端部分也正好卡到2个T形夹板的梯形槽中，试验时将这一对T形夹板夹持到试验机的下夹头中；
[0013]所述工装夹具中多个试样之间相连部分由n对两两组合的矩形小夹板组成，其中每个矩形小夹板的上、下两端镜像对称地加工两个与Y型试样端部构型相似的梯形槽，Y型端部小试样的端部可恰好卡在其中，每个试样的下端与其下面相邻的试样的上端被卡到同一对矩形小夹板镜像对称的梯形槽中，并用螺栓将2个矩形小夹板和试样固定夹紧。
[0014]拉伸试验中，处于拉伸状态时，每个试样被吊挂于夹具中，由于Y型端部试样的端部与一对夹板中梯形槽的形状契合，拉伸载荷作用下，夹具与试样之间的配合越来越紧密，可有效传递载荷，因此试验机的载荷可通过这一套可实现拉伸自锁的夹具/试验组合件，将试验机的拉伸载荷传递到每个试样的标距段。
[0015]所述n取决于待测试的试样数量，n为试样数量减1。
[0016]与试验机连接的所述2对T形夹板，以及中间的n对用于多个试样首尾相连的矩形小夹板完全贴合时，中间所构成的梯形槽的深度比试样的厚度略小(贴合后梯形槽的深度小于试样的厚度)，这样的设计可以适应变化的试样厚度，可使每个试样的中心线与试验机的加载线始终精确重合，确保每个试样加载状态的对中性，并确保载荷有效、平稳地在这套加载系统中传递。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC
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/SiC复合材料拉伸比例极限的高通量测试夹具，其特征在于：所述的高通量拉伸测试夹具通过保持每个试样加载状态的对中性，实现多个试样首尾相连，并在加载时利用夹具和试样自锁，将试验机的载荷有效传递到每个试样的标距段，实现在一次力学试验中同时完成多个试样的拉伸；所述高通量拉伸测试夹具分为两部分：与试验机连接部分和试样之间相连的部分；所述与试验机连接部分由4个中间加工梯形槽的T形夹板构成，两两组对使用，其中梯形槽的形状与试样Y型端部的形状一致，两者的斜面能相互契合，将第1根Y型端部小试样的上端夹在一对T形夹板中间，而Y型端部试样的上端部分卡到2个T形夹板的梯形槽中，试验时将这一对T形夹板夹持到试验机的上夹头中；另外2个T形夹板也组成一对，将最后1根Y型端部小试样的下端夹在中间，而Y型端部试样的下端部分也正好卡到2个T形夹板的梯形槽中，试验时将这一对T形夹板夹持到试验机的下夹头中；所述夹具的试样之间相连部分由n对两两组合的矩形小夹板组成，其中每个矩形小夹板的上、下两端镜像对称地加工两个与Y型试样端部构型相似的梯形槽，Y型端部小试样的端部卡在其中，每个试样的下端与其下面相邻的试样的上端被卡到同一对矩形小夹板镜像对称的梯形槽中，并将2个矩形小夹板和试样固定夹紧。所述测试夹具组合完毕处于拉伸状态时，每个试样被吊挂于夹具中，由于Y型端部试样的端部与一对夹板中梯形槽的形状契合，试验机的载荷可通过这一夹具/试验组合件，实现拉伸自锁，从而将试验机的拉伸载荷传递到每个试样的标距段。2.根据权利要求1所述的高通量测试夹具，其特征在于：所述的n取决于待测试的试样数量，n为试样数量减1。3.根据权利要求1所述的高通量测试夹具，其特征在于：所述2对T形夹板，以及中间的n对用于连接多个试样的矩形小夹板完全贴合时，中间所构成的梯形槽的深度小于试样的厚度。4.根据权利要求1所述的高通量测试夹具，其特征在于：与试验机连接的2对T形夹板“I形”部分的宽度恰好等于试验机夹块的宽度，夹持时将其与夹块对齐，而T形夹板端部具有手持部，所述手持部是T形夹板端部左、右伸出来的两个形似“翅膀”的小矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅娜，周怡然，何玉怀，焦健，杨金华，张琴，陈新，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：