Ti-Cf-PMR層板高溫力學性能與疲勞裂紋擴展速率的研究.pdf

1、纖維金屬層板（FMLs）是一種由金屬薄板與預浸料交替鋪層熱壓固化而成的一種層間混雜復合材料，因其高比強度與比剛度、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，已廣泛應用于航空航天領域。隨著超音速飛機及空天飛行器的進一步發(fā)展，航空航天領域對復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層板為研究對象，首先對Cf/PMR預浸料和Ti

2、/Cf/PMR層板的制備工藝進行了研究；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；探討了過載對單向0°鋪層層板疲勞裂紋擴展速率的作用；分析了溫度對單向0°鋪層與±45°鋪層層板疲勞裂紋擴展速率的影響。
　　首先，在滾筒排布機上制備了Cf/PMR預浸料，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，用噴砂法對鈦板表面進行處理，并在噴砂鈦板表面涂覆PMR型聚酰亞胺

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

4、0°鋪層相對最高。
　　然后，研究了過載對單向0°層板疲勞裂紋擴展速率的影響。其中，單峰過載施加后，該層板的疲勞裂紋擴展速率有明顯的下降，主要是與金屬層中裂紋擴展遲滯有關。過載比越高，其疲勞裂紋擴展速率降低越明顯，隨后疲勞裂紋擴展速率會慢慢升高，直至恢復到施加過載之前應力水平下。單峰過載、多峰過載、高低塊載之后，經(jīng)化學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