一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法技术

技术编号：41289427 阅读：7 留言：0更新日期：2024-05-11 09:38

本发明专利技术属于结合强度测量技术领域，具体公开了一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法。本发明专利技术公开的测试方法为垂直待测复合材料的待测界面进行取样，得到第一薄片样品，然后进行抛光，加工出包含样品标距的特定形状，得到待测微尺度薄片试样，测量出样品标距的宽度、厚度和长度；对待测微尺度薄片试样进行垂直于复合界面的单向拉伸加载，测量加载过程中载荷和样品标距的伸长量，计算应力和应变，绘制实时应力‑应变曲线，获取加载过程中样品承载的最大应力，作为待测复合材料的界面结合强度数值。本发明专利技术相比其他测量方法能够免去复杂且不准确的数据分析，提高准确定；同时适用于结构、尺寸、相对强度关系复杂的材料。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及结合强度测量，尤其涉及一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法。

技术介绍

1、复合材料是由两种以上具有不同力学或物理性质的材料组成的新型材料，往往具有单一均匀材料所不具有的特殊性能或物理化学性质。其中，复合材料的界面结合强度是调控其宏观性质的关键。合适的界面结合强度对保证复合材料的性质稳定性和提升服役寿命具有重要的影响。因此，准确定量评价复合材料界面的结合强度，建立界面结合强度和性能的相互关系，一直是复合材料研究和开发的必要前提。

2、目前测量复合材料界面结合强度的方法有很多，主要分为两大类，静态和动态测量方法。常用静态测量方法主要有剥离法、拉伸法、弯曲法等。

3、(1)剥离法通过在材料复合界面上施加垂直作用力，使得材料受到法向拉应力而断裂，从而定量测量界面结合强度。该方法直观简洁，但受复合层剥离速度、剥离面积和复合层厚度等多种因素影响，测量强度准确性无法保证。同时，如果复合层厚度太薄，或者强度较低(低于界面结合强度)，该方法从原理上也不适用。

4、(2)拉伸法是目前最广泛应用的方法，常分为平行拉伸法和垂直拉伸法。平行拉伸法通过施加平行于界面的力，直至材料复合界面发生开裂。但是，当界面结合强度高于基体或复合层强度时，容易先发生基体或复合层断裂而界面未开裂的情况。垂直拉伸法通过分别粘结基体和复合层，然后施加垂直于界面的拉伸载荷，从而测量出界面结合强度。但是，该方法只适合界面结合强度低的情况。对于高结合强度界面，断裂往往发生于粘接界面，导致界面结合强度无法测量。

5、(3

6、上述广泛使用的常规界面结合强度测量方法仍存在诸多限制和缺陷。例如：(1)可测量的材料界面结合强度较低，原理上不适用于测量较高结合强度的复合材料界面；(2)要求基体和复层强度具有较高的强度和变形能力，从而保证断裂能够发生于界面上；(3)要求复合层或基体材料尺寸较大，从而方便夹持和测量；(4)要求复合界面必须为宏观平直界面。因此，如何提供一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，有效解决上述问题是本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术提供了一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，以解决现有复合材料界面结合强度测试方法对材料的尺寸和界面要求高的问题以及不能测量结合强度较高的复合材料的问题。

2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：

3、一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，包括如下步骤：

4、1)垂直待测复合材料的待测界面进行取样，得到第一薄片样品；

5、2)对第一薄片样品的待测面进行抛光，然后加工为包含样品标距的特定形状，得到待测微尺度薄片试样，测量待测微尺度薄片试样中样品标距的宽度、厚度和长度；

6、3)对待测微尺度薄片试样进行垂直于复合界面的单向拉伸加载，测量加载过程中载荷和样品标距的伸长量，计算应力和应变，绘制实时应力-应变曲线；

7、4)从步骤3)得到的应力-应变曲线中，获取加载过程中样品承载的最大应力，作为待测复合材料的界面结合强度数值；

8、其中，应力为载荷除以样品标距的宽度和厚度的乘积，应变为样品标距的伸长量除以样品标距的长度。

9、优选的，所述步骤2)中的特定形状包括“工”字型，样品标距为“工”字型中间部分。

10、优选的，所述待测微尺度薄片试样的界面位于样品标距的中心位置。

11、优选的，所述样品标距的厚度为50～300μm，样品标距的宽度与样品标距的厚度的比值为1～5：1；样品标距的长度与样品标距的厚度的比值为1～3：1。

12、优选的，所述步骤3)中单向拉伸加载的速度为0.1～5μm/s。

13、优选的，第一薄片样品在加工为包含样品标距的特定形状后还包括在第一薄片样品的界面位置加工垂直于单向拉伸加载的方向的对称缺口，得到待测微尺度薄片试样。

14、优选的，当待测微尺度薄片试样包括对称缺口时，样品标距的宽度为扣除对称缺口的总深度的剩余宽度。

15、优选的，所述对称缺口的深度独立的小于等于样品标距的厚度的0.5倍，对称缺口的宽度独立的≤10μm。

16、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：

17、1、相比剥离法、剪切法、弯曲法等传统界面强度测量方法，本专利技术通过垂直界面的单向加载能直接、准确测量材料的界面结合强度，免去复杂且相对不准确的数据分析；

18、2、本专利技术不仅适用于层状复合材料，同时也适用于其他结构更复杂的复合材料的测试；

19、3、本专利技术不仅使用于厚度较大的复合材料，同时也适用于复合层厚度较小的材料，受材料形状尺寸的限制小；

20、4、本专利技术不仅可以测量结合强度低的界面，同时也可以测量结合强度极高和结合强度明显高于基体/复层的复合材料界面。

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【技术保护点】

1.一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，其特征在于，所述步骤2)中的特定形状包括“工”字型，样品标距为“工”字型中间部分。

3.根据权利要求2所述的一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，其特征在于，所述待测微尺度薄片试样的界面位于样品标距的中心位置。

4.根据权利要求3所述的一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，其特征在于，所述样品标距的厚度为50～300μm，样品标距的宽度与样品标距的厚度的比值为1～5：1；样品标距的长度与样品标距的厚度的比值为1～3：1。

5.根据权利要求4所述的一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，其特征在于，所述步骤3)中单向拉伸加载的速度为0.1～5μm/s。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种复合材料界面结合强度微尺度测试方法，其特征在于，第一薄片样品在加工为包含样品标距的特定形状后还包括在第一薄片样品的界面位置加工垂直于单向拉伸加载的方向的对称缺口，得到待测微尺度薄片试样。