成果名称 ---【 同步辐射材料细观力学测试系统研制及实验研究 】

基本信息
所属机构
中国科学技术大学
主题词
同步辐射;复合材料;损伤演化
研究起止时间
1997.01 至2001.12
成果公报内容
材料内部细观结构及其损伤演化的检测,是目前固体力学和材料科学研究的前沿课题。而采用同步辐射X射线技术进行实验观测,则是近十年来才发展起来的新技术。美国、日本、德国等国的科学家在各自的同步辐射加速器上相继开展了该领域的研究工作。 自九十年代开始,在国家自然科学基金、211工程、中科院基金以及合肥国家同步辐射实验室和北京同步辐射实验室的支持下(总经费约70万元),在国内率先开展了用同步辐射光进行材料内部细观结构及损伤演化的研究工作,研制了用于材料内部细观结构损伤演化检测的测试系统,并进行了实验研究。填补了国内在该领域的空白。成果达到了国际水平。 主要内容: l 探索并建立了一套用同步辐射X射线进行材料内部细观结构和损伤演化检测的技术和方法(X射线显微扫描、透视、SR-CT、单色硬X射线相位衬度成像技术),将载荷历程引入测量中,国外亦少见报道。 2 采用透视技术研究Bi-2223高温超导带材内部结构损伤演化过程及力学性能。初步建立了内部损伤状态与超导性的联系。通过实验观测和分析,获得如下结论:1、Bi-2223带材在低温(液氮温度77K)和常温下的损伤形式没有本质变化;2、Bi-2223超导带材在线弹性阶段具有超导性,一旦进入塑性后,材料即失去了超导性。反映在内部结构上,当材料处于弹性段时,BSCCO超导芯的裂纹较少,进入塑性区后,裂纹显著增加,破坏了导电通道,阻断了电流流动。图象分辨率约5微米,此类研究在国内外均未见报导。 3 采用透视技术研究硼纤维增强环氧树脂、碳化硅颗粒增强铝复合材料的内部结构及损伤演化,观测到了硼纤维内部界面层上的缺陷以及在载荷作用下的界面上的损伤分布大小,形态以及规律。损伤主要以裂纹形式向纤芯发展。针对碳化硅颗粒增强铝复合材料,损伤开始时主要以微空洞形式出现,在载荷作用下,微空洞不断长大并相互串接形成裂纹,最终导致材料破坏。分辨率达0.2微米。 4 采用单色硬X射线相位衬度成像方法,研究纤维增强环氧树脂复合材料断裂破坏过程,观测到界面脱粘、纤维拔出及断裂的过程。 5 针对SR-CT技术进行了方法上的探索和研究。通过自行设计和研制旋转-加载系统,编制相应控制、分析计算软件,以及实验验证,比较系统地建立了SR-CT实验方法。并采用该方法针对复合材料进行了断层成像和重建,获得内部三维图象。分辨率约5微米。将加载与CT同时应用于材料检测少见报道(目前仅见Photon Factor有此报道)。


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