[发明专利]一种基于纳米压痕仪界面剪切强度测量装置与测试方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米压痕仪界面剪切强度测量装置及其测量方法，其中测量装置包括柱台1和底座2，所述柱台1的一端固定于底座2上，所述柱台1的另一端的端面上设置有若干根用于容纳被推出纤维的凹槽4，若干个测试试样通过液体胶贴附于柱台端面不同的凹槽上；本发明提供的测量装置，一次安装可测试多个试样，一个试样可对多个凹槽内纤维进行测试，避免试样拆卸及再次固定过程中造成的机械损伤，同时减少了多次涂胶过程对试样和工作台的污染。

技术领域

本发明属于材料测试技术领域，特别涉及一种基于纳米压痕仪界面剪切强度测量装置与测试方法。

背景技术

连续纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优点，广泛应用于航空航天、船舶、交通等承载能力要求较高的行业。连续纤维增强复合材料通常由纤维、基体及两者之间的界面相组成，其中界面相不仅起着连接纤维与基体的“桥梁作用”，也是外加载荷从基体向纤维传递的纽带。界面剪切强度作为表征界面性能的重要参数，对复合材料的力学性能及破坏模式有着重大的影响，因而准确表征界面剪切强度一直是连续纤维增强复合材料领域里十分重要的研究问题。

目前用于测试复合材料切向粘结强度的方法主要有单纤维推入拔出法、临界纤维长度法、微脱粘法，其中单纤维推入拔出法是最直观有效的可以测试界面切向粘结强度的方法。单纤维推入拔出主要是基于两种方式，一种是将单根纤维一端埋入树脂基体中，待树脂固化后脱模取出形成单纤维复合材料，通过试验机在纤维上端施加沿纤维轴向作用力将单纤维从树脂基体中脱离，记录拔出过程中产生的最大荷载从而获得界面剪切强度、摩擦系数等，例如专利CN105928800A“一种纤维增强热固性树脂基复合材料界面剪切强度测试装置及方法”、专利CN206573411U“单纤维界面剪切强度测试装置”，但是这种方式只适用于树脂基复合材料，不适用于陶瓷基以及金属基复合材料。另一种是基于纳米压痕技术的纤维推入拔出方式，该技术是一种可对真实复合材料在原位测定力学性能的实验方法。它的实验取样来自于真实的材料，因此，此项技术测得的界面切向强度可真实地表征实际复合材料的界面性能，例如专利CN105928800A“一种与纳米压痕仪配套使用的纤维顶出实验装置”提供了一种与纳米压痕仪配套使用的纤维顶出装置中提供了一种测试碳纤维增强树脂基复合材料界面切向强度的测量装置及方法，该装置需要将材料用胶水粘贴在中间带有一个矩形槽的支座上，然后利用金刚石压头对纤维进行推出，获取推出的力-位移曲线，基于该曲线和纤维外表面面积，计算得到界面的切向粘结强度。然而，由于试验件的尺寸较小，槽的宽度也很窄，在槽的尺寸范围内的纤维是有限的，因此可以被推出的纤维也只有少数几根，因此获取的界面切向强度样本也是有限的。而由于测试的样品厚度只有100微米左右，如果采用机械方法将样品取下换个位置继续测量，一方面，在取样过程中，难免会对样品造成损伤，另一方面，除了槽尺寸范围内的纤维以外，其他位置的纤维沾上了胶水，造成了样品污染，直接进行纤维推出测试，测试结果的准确性难以保证。另外，即使采用水浴对样品进行清洗，也很难有效清除样品表面的胶水，由于试样很薄，在清洗过程中，试样很可能发生损坏。

因此，有必要提供一种基于纳米压痕仪可以推出多根纤维的界面剪切强度测试装置与测试方法，实现对复合材料界面切向强度的准确测量。

发明内容

本发明提供一种基于纳米压痕仪界面剪切强度测量装置与测试方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于纳米压痕仪界面剪切强度测量装置，包括柱台和底座，所述柱台的一端固定于底座上，所述柱台的另一端的端面上设置有若干根用于容纳被推出纤维的凹槽。

进一步的，所述柱台的截面为拱形，拱形包括圆弧边和直线边，若干根凹槽中一部分排布于柱台的端面向圆弧边发散，若干根凹槽中另一部分均匀的垂直于直线边排布，每个凹槽边上均设置有对应的编号，不同的凹槽设置不同的宽度。