内容发布更新时间 : 2024/5/19 21:37:10星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

复合材料科学与工程

实验指导书

实验：复合材料结构微观观察

一、实验目的

1. 了解几种典型复合材料的显微组织形貌特征；

2. 学会用定量金相的方法来测定增强相或基体的体积分数； 3. 掌握颗粒增强复合材料的密度及弹性模量的评估方法。

二、实验原理

混合定理：根据混合定理可以计算复合材料的性能。对于标量性能，像密度、热熔，复合材料的性能是各向同性的并可以用最简单的混合定理来计算。如复合材料的密度?c可用公式（1）来计算。

?c=Vm?m+Vf?f （1）

式中?m和?f分别为基体与增强相的密度，Vm和Vf分别为基体与增强相的体积分数。

对于矢量性能如弹性模量、导电率，复合材料的性能与增强相的形状与取向有关。如纤维增强复合材料弹性模量是各向异性的，在纤维方向的弹性模量?c可用混合定理公式（2）来计算

?c=Vm?m+Vf?f （2）

式中?m和?f分别为基体与增强相的弹性模量。

如果增强体为颗粒状的复合材料，其弹性模量为各向同性，可用混合定理（3）来计算。

?c=Vm?m+KVf?f （3）

式中K为修正系数，与Vf 和 Er/Em的比值有关，其值通常在0.1 ~ 0.6。

体积分数：在计算复合材料性能时，要知道增强相和基体的体积分数。由于复合材料不透明，不能直接观察三维空间图像，只能在二维截面上得到有关几何参数，然后运用数理统计的方法推断三维空间的几何参数。如Vf=Lf（Lf为增强相的线长度分数 Lf），只要测出增强相的线长度分数 Lf，即可求得增强相的体积分数Vf。

用截线法测量增强相的线长度分数Lf如图1所示。测量时，在显微组织照片上作任意直线，把落在增强相上的线段相加（L??L1+L2+L3+….），得总长度L?，然后除以测试线总长度LT，即可求得增强相体积分数：

Vf=Lf=

图1截线法测量Lf

用截线法测量Lf与放大倍数无关。不过为提高测量精度，应考虑测量的截线数量，使用的截线总数越多，测量误差越小。

增强相尺寸：对于颗粒增强复合材料，一般用增强相直径大小表示增强相尺寸。对于形状不规则的增强相可用平均截线长度L′来表示其尺寸。平均截线长度指在截面上任意测试直线穿过每个增强相颗粒的平均值。 L′＝

L? LT （4）

L? P （5）

式中P为测试线上增强相颗粒数。

三、仪器及材料

金相显微镜与数码图像处理系统；SiC增强铝合金、Cu-W合金、Al-Cu复合材料、玻璃纤维增强聚酯树脂。

四、实验步骤

1． 观察并拍照复合材料试样

a) 利用显微镜观察一个复合材料试样，并用数码摄像仪进行拍照； b) 记录该试样中增强材料与基体材料；

c) 按基体和增强材料对所观察试样进行复合材料分类。

2． 颗粒SiC增强2024铝合金体积分数、密度和弹性模量计算

a) 用金相分析软件打开颗粒SiC增强2024铝合金复合材料金相照片；用截线法测量照片中SiC颗粒尺寸并 计算平均值L′；用截线法测量照片中SiC颗粒的线长度分数 Lf； b) 计算该复合材料中SiC的体分数Vf； c) 计算该复合材料的密度?c和弹性模量Ec。