粒子束技術的碳纖維單絲斷裂韌性實驗
本項研究聚焦於商用碳纖維材料，利用聚焦粒子束(FIB)技術對單絲碳纖維進行精確的缺陷刻蝕，並對其斷裂特性進行了深入分析。透過實施單絲拉伸測試以測定其拉伸強度，同時運用掃描電子顯微鏡(SEM)細致觀察了斷裂面的微觀結構。研究中采用了映像法與斷裂力學理論，構建了拉伸強度與缺陷映像半徑間的數學模型，進而對碳纖維單絲的斷裂韌性進行了評估。結果揭示，利用FIB技術所測得的斷裂韌性與透過化學試劑溶解法獲得的結果具有高度一致性，誤差率低於5%。
典型玻璃纖維斷裂面形狀及映像斷裂面特征表述
研究背景
碳纖維增強的復合材料，以其出色的力學效能和化學穩定性，在高端制造領域尤其是航空航天工業中扮演著至關重要的角色。
隨著對這些材料效能要求的日益嚴格，力學研究者面臨著預測和最佳化材料宏觀效能的挑戰，這不僅需要對其宏觀表現進行分析，更需深入探討材料的微觀結構和組分特性。
碳纖維單絲拉伸強度映像半徑擬合影像
實驗方法
在本研究中，研究者采用了先進的聚焦粒子束技術來在單絲碳纖維上制造精確的缺陷，該技術在微納米級別的加工領域具有廣泛套用。實驗過程包括將碳纖維試樣固定並逐步施加拉伸直至斷裂，以此來捕獲關鍵的拉伸強度數據。
實驗結果
實驗觀察到，絕大多數因拉伸而斷裂的碳纖維單絲顯示出以初始缺陷為中心的放射狀斷裂模式，斷裂面清晰區分為鏡面區、過渡區和鋸齒區。利用映像法和斷裂力學理論，對單絲的斷裂韌性進行了定量分析，得出了其斷裂韌性的關鍵參數。
帶有缺陷的碳纖維單絲拉伸斷裂面
聚焦粒子束技術在制作碳纖維單絲的可控缺陷方面表現出色，不僅提高了制備效率，而且透過精確控制缺陷的形態和位置，為深入研究碳纖維的斷裂行為提供了新的途徑。本研究所得的斷裂韌性評估結果與現有文獻中的數據相比，顯示出極高的一致性，驗證了FIB技術在碳纖維斷裂韌性研究中的可靠性和有效性。
