单纤维复合材料模型试样阻尼实验的研究.pdfVIP

第18卷 材料科学与工程 增刊 Vo1．18 Materials ScienceEngineeringSep．2000 单纤维复合材料模型试样阻尼实验研究 柳永宁，何家文 (西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，西安710049) 【摘要】本文首次采用单纤维增强的铝基丝状复合材料定量化地研究了复合材料界面的阻尼行 为。对所采用的三种金属纤维复合试样的研究表明，复合材料对于应变幅的非线性变化来自纤维与基体 界面，与基体组织特性无关。该结果对复合材科阻尼特性的设计具有参考意义。 【关键词】复合材料阻尼内耗 金属基复合材料(MMC)具有许多传统材 料所不能比美的优点，如高强度、高刚度、低密 1实验方法 度以及高的阻尼特性11．21。高阻尼特性对自动化 工业、航天飞行、办公设备以及家用电器的静音 阻尼实验在中科院固体物理所扭摆内耗实验 设计是十分重要的。纤维增强的金属基复合材料 机上进行。丝状试样直径lmm，长40ram。选 (F洲C)具有这样的优点，因而近几年关于 择三种金属纤维，Fe、Cu和NiCr，纤维直径 FRMMC阻尼特性的研究受到广泛关注。一般认 0．1~o．15mm。采用真空铸造方法将这三种纤维 为FRMMC的高阻尼特性是由于基体与纤维界 复合在丝状试样的中心。丝试样的基体材料选用 面的粘弹性与内摩擦所造成的。但是定量化研究 l 1％Si的A1．Si共晶合金。样品的制作由西北工 界面阻尼特性却较为困难。原因在于基体材料各 业大学快速凝固国家重点实验室完成。为了定量 种缺陷也会产生阻尼。所测量的信号是基体与界 了解基体的阻尼行为，同时还制作了不含纤维的 面以及纤维本身所产生信号的迭加。目前尚未见 纯基体材料试样。根据样品的材质不同，实验频 到定量化研究FRMMC界面阻尼特性的报道。 率从l到3Hz变化。采用扭摆自由衰减方式测 为了达到这一目的，在研究界面阻尼时需要孤立 量不同试样的内耗。 界面因素，排除基体以及纤维本身阻尼对结果的 图1给出了三种不同纤维复合试样的金相组 影响。但目前所报道的实验结果都是在多纤维复 织照片。基体是典型的共晶组织，铝基体上分布 合材料的基础上获得的【2．7l。阻尼实验数据是基 体、纤维和界面的组合。因而并没有真正了解界 和Fig．1b的组织照片中清晰可见。在纤维周围 面的阻尼行为。本文正是针对这一问题而开展的 有一定的基体与纤维反应层。但是，这种反应层 研究工作。精心设计与制作了单根纤维复合的丝 在含铜纤维的试样中非常激烈以至于铜纤维全部 状试样，目的在于排除基体与纤维的影响，从而 被溶解在基体中，组织中再找不到铜纤维，如图 定量化的研究界面的阻尼行为。 1C所示。此时组织变为含铜的A1．Si共晶。 ·194· 非线性的，与文献【2I在SiC多纤维增强的铝基复 合材料的实验结果是一致的。但基体～．Si共晶 与含Cu纤维试样的阻尼行为却有所不同。两者 都显示较低的内耗并且与应变幅无关。含Cu纤 维试样的内耗甚至低于A1．si共晶基体的值。图