SiC/碳纳米管复合材料的定向依赖强化机制:一个反应分子动力学模拟研究
Yixin Su1,2, Qian Chen1,3, Shandan Bai1
1Institute for Materials Research, Tohoku University, 2-1-1 Katahira, Aoba-ku, Sendai 980-8577, Japan.
碳纳米管 (CNTs) 通过平衡轴向拉伸和裂纹桥梁来增强碳化 (SiC) 复合材料. 最佳的CNT方向最大限度地提高了复合材料的性和强度,研究结果为理论预测提供了信息.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术纳米技术
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 碳纳米管 (CNTs) 已被认为可以加强碳化 (SiC) 矩阵,提高性和强度.
- 影响SiC/CNT复合材料性能的原子尺度结构因素是复杂的,CNT的方向是关键的,但不太了解.
- 了解CNT方向效应对于优化复合材料的机械性能至关重要.
研究的目的:
- 为了研究SiC/CNT复合材料的机械性能和变形机制,具有不同的CNT方向.
- 阐明CNT方向与复合材料强度和性之间的关系.
- 为预测纤维增强陶矩阵复合材料的抗拉强度,开发一种改性混合规则.
主要方法:
- 采用一种基于债券顺序的反应分子动力学模拟方法.
- 模拟的SiC/CNT复合材料与相对于拉伸方向 (角 θ) 的系统变化的CNT方向.
- 分析了变形机制,包括轴向拉伸和裂桥梁.
主要成果:
- CNT的方向通过竞争的轴向拉伸和裂桥梁机制显著影响复合材料的机械性能.
- 增加CNT角度 (θ) 增强了轴向拉伸,但削弱了裂桥梁;强度随着θ而降低,而性则表现出火山类型的依赖性.
- 引入了一种经过修改的,一般化的混合规则,将CNT定向校正因数与 cos ((θ) 相关联,用于拉伸强度预测.
结论:
- CNT的方向是决定SiC/CNT复合物的机械行为的一个关键因素.
- 存在一个最佳的CNT方向,平衡轴向拉伸和裂桥梁,最大限度地提高性.
- 开发的理论方法可以更准确地预测纤维增强陶矩阵复合材料的抗拉强度.
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