[发明专利]一种颗粒增强复合材料各组分就位性能测试方法

权利要求书

1.一种颗粒增强复合材料各组分就位性能测试方法，其特征在于：该方法具体步骤如下，首先，将被测颗粒增强复合材料镶嵌、研磨、抛光，制成用于纳米压痕和纳米划痕的试样；通过纳米压痕仪自带光学显微镜定位一定范围包括颗粒、界面相和基体的圆形区域，圆形区域中心点为颗粒增强相中心，半径大于颗粒增强相半径两倍；划痕起始位置为圆形区域中心，相邻划痕路径间夹角相同，从圆形区域的中心延径向依次划过颗粒、界面相和基体，划痕开始之前在起始点进行预压入；通过反馈调节方法，使得压头保持恒定的划入深度完成一系列划痕；以圆形区域中心点为零点，建立包括全部划痕路径的直角坐标系，将划痕路径上采集点的坐标导入origin；通过接触力学判断准则，获得每条划痕界面相的起始点和结束点位置，并将界面相的起始点和结束点依次连接成线，即可获得界面相的形貌；在起始点连线形成的圆环之内进行压入深度小于划痕深度的压痕实验，即可测得颗粒力学性能；在结束点连线形成的圆环外部进行压入深度小于划痕深度的压痕实验，即可测得基体微尺度力学性能；

接触力学判断准则如下，实验用Berkovich压头是三棱锥压头，在划痕过程中通过一个棱和与其相邻的两个面划开试样，为分析方便将其简化为二维模型的一个边，叫前边；由于划痕过程中后侧面不与被测材料接触，将后侧面简化为二维模型的一个边，叫后边；由于当划入深度为数微米时，压头在划痕过程中不会同时划入多相，故可以将划入过程中两相的边界简化成一条直线；

前边与划痕方向的夹角α₁同边界与划痕方向的夹角α₂会有三种关系，即：(1).α₁＞α₂；(2).α₁＜α₂；(3).α₁＝α₂；

实验用颗粒增强复合材料左侧相材料性能明显高于右侧相；当α₁＞α₂时，前边先在左侧相中进行划痕，其载荷为恒定，体现在力与划痕距离的关系为一条平行于x轴的直线，即左侧相性能平台；随着划痕的进行，前边的底部在划痕过程中将最先接触边界即压头位置1；随着划痕的进行，前边将逐渐划入界面相，此时体现在力与划痕距离的关系为一个过渡区，由于右侧相力学性能较差，载荷会逐渐降低直到前边完全进入右侧相一侧即压头位置2，从压头位置1至压头位置2的界面相宽为L₁；从第二个压头的位置开始前边将全部进入右侧相内，所以随着划痕的继续进行，体现在力与划痕距离的关系为一条平行于x轴的直线，即右侧相性能平台；如果想沿着划痕方向设置的一系列压痕得到纯相的性能，必须保证整个压头，即前边和后边，同时在一种相内，在压头位置1之前的压入完全落入左侧相区域，说明此时界面相起始点压头位置3与界面相的起始点压头位置1重合，而在压头位置2时后边仍然部分落入左侧相中，压头位置2延划痕方向向右平移一个接触直径的宽度即可得到界面相的结束点压痕位置4，只有在压痕位置4之后的位置进行压痕才能保证整个压头完全位于右侧相上；

当α₁＜α₂时，获得左侧相性能平台后，随着划痕的进行，前边的顶部在划痕过程中将最先接触边界即压头位置1；随着划痕的进行，前边将逐渐划入界面相，此时体现在力与划痕距离的关系为一个过渡区，由于右侧相力学性能较差，载荷会逐渐降低直到前边完全进入右侧相一侧即压头位置2；从第二个压头的位置开始前边将全部进入右侧相内，所以随着划痕的继续进行，体现在力与划痕距离的关系为一条平行于x轴的直线，即右侧相性能平台；在压头位置1的之前进行压入的压痕将全部落入左侧相，而在位置2之后进行的压痕将全部落入右侧相；此时，过渡区的起始点压痕位置1与界面相的起始点压痕位置3是重合的，过渡区的结束点压痕位置2与界面相的结束点压痕位置4是重合的，即L₁＝L₂；

当α₁＝α₂时，棱边同边界平行，随着划痕的进行，全部棱在划痕过程中接触边界，载荷随划痕距离会有一个突然的跳跃，由左侧相性能平台直接跳入右侧相性能平台，所以此时划痕位置1与划痕位置2是重合的，即L₁＝0；在压头位置3之前进行压入的压入将全部落入左侧相，而在距离划痕位置3一个接触直径宽度的划痕位置4之后进行的压入将全部落入右侧相，即此时的L₂宽度等于接触直径。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒增强复合材料各组分就位性能测试方法，其特征在于：应用反馈调节方法对PID控制器进行调解时，增强相弹性模量位于1E+9帕至1E+7帕之间的材料，P值为10000-1000000，I值为100-500，D值为1000-10000，调节时力的变化速度是±0.1毫牛/秒-±1毫牛/秒；对于颗粒弹性模量位于1E+7帕至1E+5帕之间的材料，P值为1000-10000，I值为100-500，D值为10000-1000000，调节时力的变化速度是±0.01毫牛/秒-±0.1毫牛/秒；对于颗粒弹性模量小于1E+5帕或大于1E+9帕的材料不适用。