Effect of interphase layer on matrix cracking in fiber reinforced ceramic matrix composites

相间 材料科学 复合材料 开裂 陶瓷基复合材料 韧性 剥落 基质(化学分析) 陶瓷 模数 压力(语言学) 语言学 遗传学 生物 哲学
作者
Xiaochuan Niu,Yong Ma,Shu Guo,Lu Li,Ruixiao Zheng,Jinwu Xiang,Yuli Chen
出处
期刊:Journal of The Mechanics and Physics of Solids [Elsevier]
卷期号:187: 105610-105610 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jmps.2024.105610
摘要

The onset of matrix steady-state cracking stands as a pivotal mechanical characteristic in fiber reinforced ceramic matrix composites (FRCMCs), garnering substantial attention and investigations. Experimentally, it has been demonstrated that increasing interphase layer thickness may cause non-monotonic changes in matrix cracking stress. However, the existing models can hardly elucidate this phenomenon thoroughly due to the neglect of interphase thickness. This paper presents a comprehensive analytical model for the matrix cracking incorporating interphase, the Poisson effect, Coulomb friction, fiber asperities, residual thermal stress (RTS), and their coupling effects, along with a modified criterion for interfacial debonding that accounts for the presence of the axial RTS. Based on the proposed model, three distinct cracking domains, i.e., perfectly bonded, debonding with and without interfacial separation, have been identified with the critical conditions deduced analytically. Thereby the mechanism of the non-monotonic influence of interphase thickness is thoroughly revealed as the transition of cracking modes. Meanwhile, the role of interphase on the matrix cracking is systematically studied, and the results indicate that interphase has a notable effect through relieving axial RTS, adjusting interfacial friction, altering interfacial shear modulus, and influencing debonding toughness. The outcomes of this study offer valuable guidance for the interphase design of FRCMCs.
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