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主题：【第十七届原创】纤维增强金属层板破裂形貌观测方法

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发表于：2024/08/16 13:58:07 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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引言

纤维增强金属层板（Fiber Metal Laminates，简称 FMLs）是一种三明治式的叠层复合材料，由金属层和连续纤维复合材料层交替叠加，并通过树脂粘结而成的新式复合材料。由于FMLs的结构特点，使其结合了金属和复合材料的优势，即相较于传统材料其具有卓越的比强度、比刚度、高疲劳阻力、耐腐蚀性以及良好的防火性能。这些特性使FMLs在航空、航天和汽车等领域得到了广泛应用。特别是其在不同加载条件下的失效形式，更是当前研究热点。本文正是基于此，介绍了借助扫描电镜（SEM）对纤维增强金属层板各组分破裂形貌进行分析。



图 1纤维增强金属层板结构示意图



测试方法

为更好的观测未固化GLARE层板各组分失效形式，本章借助捷欧路（北京）科贸有限公司所售的JSM-IT210（钨灯丝）扫描电子显微镜对铝合金和预浸料断口进行观测。该设备最大放大倍数为300000X，真空度为10-650Pa。此外，由于玻璃纤维的导电性极差，造成纤维断口表面多余电子或游离粒子的累积不能及时导走，继而造成反复出现充电、放电现象，造成图像扭曲或变形等现象。因此，本文借助JEC-3000FC设备对预浸料断口进行喷金处理，即在纤维断口表面溅射一个额外的导电薄层材料，从而提升纤维的导电性。



图 2微观观测设备: (a).JSM-IT210扫描电镜; (b).JEC-3000FC离子溅射仪

测试结果

下图给出了2024-T3铝合金、W-9011和G-10000预浸料的微观断口形貌。对于铝合金来讲，断口处显示了一系列的圆形韧窝，这表明铝合金是由正应力导致的韧性失效。而对于玻璃纤维来讲，不论是WP-9011和G-1000预浸料，其断口位置的纤维均呈现参差不齐的牙刷状形貌，即典型的拉伸导致的纤维脆性断裂失效形貌。综上所述，FMLs的各组分材料在试验中的破坏方式为正应力为主导的拉伸破坏行为

图 3Nakajima试验后铝合金和预浸料断口微观照片



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