连续纤维增强先进陶瓷复合材料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites, CFRCMCs)因其优异的高温性能、耐腐蚀性和抗冲击性,在航空航天、能源装备、国防工业等领域得到广泛应用。其力学性能的核心指标——剪切强度,直接影响材料在复杂载荷下的结构完整性和服役寿命。室温下剪切强度的精确检测,是评估材料界面结合质量、纤维/基体协同效应及工艺优化效果的关键环节。
剪切强度试验主要针对以下三类关键指标: 1. 层间剪切强度(Interlaminar Shear Strength, ILSS):表征复合材料层间界面结合能力; 2. 横向剪切强度(Transverse Shear Strength):反映纤维垂直方向的抗剪切性能; 3. 面内剪切强度(In-plane Shear Strength):评估材料在平行于纤维排布方向的剪切承载能力。
常用试验方法包括: 1. 短梁剪切试验(Short Beam Shear Test, SBS):依据ASTM D2344标准,通过三点弯曲加载方式测定层间剪切强度,适用于快速筛选和工艺对比; 2. 双缺口压缩法(Double Notched Compression, DNC):基于ASTM D3846标准,通过压缩载荷诱导剪切破坏,特别适用于高脆性陶瓷基体材料; 3. Iosipescu剪切试验:采用V型缺口试样,利用专用夹具实现纯剪切应力场,符合ASTM D5379标准,数据精度高但设备要求严苛。
试验需严格遵循以下标准体系: 1. ASTM系列:D2344(SBS)、D3846(DNC)、D5379(Iosipescu)规范试验流程与数据处理; 2. ISO标准:ISO 14130(层间剪切强度通用测试方法); 3. 国标要求:GB/T 3355(定向纤维增强塑料层间剪切强度试验方法)作为补充参考; 4. 特殊工况校准:高温/真空环境试验需结合MIL-STD-1942A进行设备验证。
实验过程中需重点关注: 1. 试样制备精度:尺寸公差需控制在±0.02mm以内,纤维取向误差≤1°; 2. 加载速率控制:典型速率为0.5-2mm/min,避免动态效应干扰; 3. 界面损伤监测:需同步使用数字图像相关(DIC)技术或声发射(AE)系统捕捉初始破坏点; 4. 数据修正:须对夹具柔度、试样翘曲等系统误差进行补偿计算。