通過(guò)陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）的疲勞測(cè)試和蠕變測(cè)試，確定CMCs是否為高效的航空材料。航空材料制造商正試圖通過(guò)減輕產(chǎn)品的質(zhì)重量、提高生產(chǎn)效率、延長(zhǎng)使用壽命等各種方法降低企業(yè)材料成本，立足于市場(chǎng)。而要想要達(dá)到該這一目的，制造商們還可通過(guò)引用進(jìn)先進(jìn)材料、復(fù)合材料、優(yōu)化設(shè)計(jì)（例如：改善機(jī)翼形狀，將動(dòng)力系統(tǒng)升溫加壓）等途徑來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。 CMCs是一種生長(zhǎng)在陶瓷基(ceramic matrix)上的陶瓷纖維（ceramic fibers）。該這種材料將應(yīng)用于航天器發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。普通陶瓷呈脆性、塑性低、斷裂韌性低。CMCs具有普通陶瓷的優(yōu)點(diǎn)：熔點(diǎn)高、楊氏模量大、硬度高。不僅如此，CMCs還具備較強(qiáng)的抗裂性、耐熱震性、以及抵抗拉應(yīng)力失效。這是因?yàn)椋沾衫w維具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，提供高效壓力傳輸路徑（即使基體產(chǎn)生裂紋）。隨著CMCs斷裂韌性和塑性的提高，CMCs可應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)中的高壓、高溫環(huán)境，例如：燃燒室襯套、風(fēng)扇導(dǎo)流葉片、渦輪葉片。在確認(rèn)將新材料應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部位之前，研究者們須進(jìn)行大量材料測(cè)試，評(píng)估CMCs材料的疲勞和蠕變特性，這將是重大挑戰(zhàn)。圖：疲勞測(cè)試和蠕變測(cè)試的典型儀器 來(lái)源：Exova發(fā)動(dòng)機(jī)在疲勞載荷（交變拉、壓應(yīng)力）作用下，在遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力時(shí)發(fā)生的低應(yīng)力脆性斷裂，稱為疲勞斷裂。疲勞極限測(cè)試是指：，測(cè)定試樣在不同的交變應(yīng)力下發(fā)生斷裂的疲勞次數(shù)。其中，施加并撤去交變應(yīng)力的次數(shù)稱為疲勞次數(shù)（cycle），施加負(fù)載形狀稱為波形（waveform），單位時(shí)間內(nèi)施加交變應(yīng)力次數(shù)稱為頻率（frequency）。疲勞測(cè)試的頻率需限制在0.001Hz至30 Hz，以免內(nèi)部摩擦力過(guò)大，使試樣升溫，無(wú)法測(cè)得準(zhǔn)確的疲勞極限值。而實(shí)際測(cè)試頻率更小，這是出于探頭在粗糙CMCs表面穩(wěn)定性的考慮。CMCs測(cè)試使用應(yīng)力監(jiān)測(cè)器控制試樣交變載荷大小。監(jiān)測(cè)器邊緣與試樣相連，探頭伸縮的長(zhǎng)度反應(yīng)試樣應(yīng)力狀態(tài)。探頭的靈敏度要求很高，這是因?yàn)槭┘佑贑MCs材料的交變載荷比施加于金屬的交變載荷小一個(gè)數(shù)量級(jí)。在金屬應(yīng)變控制試驗(yàn)中，應(yīng)變極限為 0.4% ，而CMCs的應(yīng)變極限為0.04%左右。通常而言，探頭的應(yīng)變范圍設(shè)置為1%。為了保證探頭的靈敏性，須嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)室環(huán)境參數(shù)，包括：溫度、氣流等。此外，探頭需要連接水冷裝置以防溫度過(guò)高造成儀器誤差。水流不可過(guò)快，不可暴露于強(qiáng)氣流。
圖：CMCs試樣上的伸縮探頭 來(lái)源：Exova
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