Ti-Cf-PMR層板高溫力學(xué)性能與疲勞裂紋擴(kuò)展速率的研究.pdf

1、纖維金屬層板（FMLs）是一種由金屬薄板與預(yù)浸料交替鋪層熱壓固化而成的一種層間混雜復(fù)合材料，因其高比強(qiáng)度與比剛度、優(yōu)良的抗沖擊性能、高損傷容限以及優(yōu)異的抗疲勞性能，已廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。隨著超音速飛機(jī)及空天飛行器的進(jìn)一步發(fā)展，航空航天領(lǐng)域?qū)?fù)合材料的耐高溫性能提出更高的要求。傳統(tǒng)以環(huán)氧樹脂為基體的FMLs無(wú)法滿足其高溫服役的需求，耐熱性更好的新型FMLs亟待研究。本文以Ti/Cf/PMR層板為研究對(duì)象，首先對(duì)Cf/PMR預(yù)浸料和Ti

2、/Cf/PMR層板的制備工藝進(jìn)行了研究；隨后探究了三種鋪層層板的拉伸、彎曲和層間剪切性能隨溫度的變化規(guī)律；探討了過載對(duì)單向0°鋪層層板疲勞裂紋擴(kuò)展速率的作用；分析了溫度對(duì)單向0°鋪層與±45°鋪層層板疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響。
　　首先，在滾筒排布機(jī)上制備了Cf/PMR預(yù)浸料，優(yōu)化得到最佳制備工藝參數(shù)：紗寬為3.7mm、排布張力為4-7N、排布速度18m/min。隨后，用噴砂法對(duì)鈦板表面進(jìn)行處理，并在噴砂鈦板表面涂覆PMR型聚酰亞胺

3、樹脂，然后與Cf/PMR預(yù)浸料按鋪層順序交替堆疊，在平板硫化機(jī)上熱壓固化成型。最終制得界面結(jié)合良好、性能穩(wěn)定的Ti/Cf/PMR層板。
　　其次，研究了溫度對(duì)不同鋪層Ti/Cf/PMR層板基本力學(xué)性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明：隨著溫度的升高，樹脂基體承載能力降低，其抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度與層間剪切強(qiáng)度都呈下降趨勢(shì)。對(duì)比不同鋪層層板可以發(fā)現(xiàn)：拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，單向0°層板最高，正交次之，±45°最低；層間剪切強(qiáng)度，三種鋪層相差不大，但單向

4、0°鋪層相對(duì)最高。
　　然后，研究了過載對(duì)單向0°層板疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響。其中，單峰過載施加后，該層板的疲勞裂紋擴(kuò)展速率有明顯的下降，主要是與金屬層中裂紋擴(kuò)展遲滯有關(guān)。過載比越高，其疲勞裂紋擴(kuò)展速率降低越明顯，隨后疲勞裂紋擴(kuò)展速率會(huì)慢慢升高，直至恢復(fù)到施加過載之前應(yīng)力水平下。單峰過載、多峰過載、高低塊載之后，經(jīng)化學(xué)刻蝕外層金屬層獲得了最終分層形貌圖，可見分層形狀為半橢圓狀，且在過載施加區(qū)域出現(xiàn)明顯彎折現(xiàn)象。
　　最后，探