使用标准金相技术对复合材料进行失效检验

A. H. CULNANE, R. L. WOODWARD, G. T. EGGLESTONE

Materials Research Laboratory, DSTO Melbourne, PO Box 50, Ascot Vale, Victoria 3032, Australia

在研究微观组织以及与微观组织相关的断口表面时，对金属试样抛光断面的检查一直是一个标准程序。这封信表明，类似的方法对研究非金属纤维复合材料的变形和断裂机理是有益的。

该过程与制备金属样品的过程相似。感兴趣的区域首先被锯开，允许足够的材料，以便在抛光时被锯掉的损害。该部分安装在环氧树脂中。为了增强一些无色样品的对比度，例如下面所示的S2玻璃复合材料，一种植物染料被添加到环氧树脂中。抛光技术与金属样品相同，即由粗磨到细磨，再由金刚石垫抛光。这包括在未拉毛的棉垫或拉毛的合成天鹅绒垫上使用金刚石膏对试样表面进行抛光，垫的选择取决于在抛光过程中试样表面损坏的易损性。对于复合材料，当纤维增强材料可能从试样表面去除时，通常使用软绒毛天鹅绒。如果在这种情况下使用未经研磨的棉布，则会发生不必要的表面空化。在研究的两种复合材料中，只有S2玻璃试样采用了软抛光技术。无论垫片的类型是什么，都必须对每种样品使用干净的垫片，因为可能会导致化合物的多孔表面污染和变色。所制备的复合材料试样一般比金属试样具有更大的耐损伤性，而且不会因腐蚀而生锈。

图1 0/90°S2玻璃crossply层压板复合挤压平面圆柱冲头和平板之间,(a)一般在7 x放大视图,显示故障的形成楔和(b)在较高放大(20 x)显示纤维的弯曲压缩,(c)示意图显示站点的裂缝和变形的机理.

图la显示了在冲头和平板之间被压缩的S2玻璃环氧交叉层压板的截面。图lb中的高倍率显微图显示了玻璃纤维弯曲的细节。断裂表面的破裂机理是楔形向径向挤压材料，如图1c所示。在对样品进行简单的宏观观察或用扫描电子显微镜方法研究失效时，这种顺序并不明显。

图2a所示为与S2玻璃复合材料相同方式变形的交叉复合材料的截面。在这种情况下，很难使冲头下复合材料的层数与复合材料的原始层数相一致，而且没有证据表明存在楔形断裂机制来解释上述S2玻璃复合材料的差异。对于凯夫拉纤维，纤维被拉伸成张力，通过弹性拉伸应变的恢复从冲孔下拔出断裂。图2b显示了在穿孔器下缩颈和挤压纤维薄片的细节。凯夫拉纤维的断裂伴随着载荷的迅速减少;然而，预裂压缩位移的大小与复合材料的多层厚度相当。

实例表明，复合材料试样的切割和抛光技术有利于研究复合材料的变形和破坏机理。

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