金属-碳纤维复合材料作为发动机部件材料能够有效减轻发动机重量、提高其服役性能。近来，英国和捷克的研究人员的工作让我们更清晰地理解了碳纤维在复合材料中发挥的作用。
　　目前有前景的用于飞机涡轮发动机叶片的金属基复合材料是一种复合了碳化硅的钛合金（Ti-6Al-4V）。纤维为可发动机的叶片提供足够高的强度。来自牛津大学的Alexander M. Korsunsky和他在英国钻石光源以及捷克TESCAN Brno的同事们希望通过他们的研究揭示碳纤维是怎样发挥作用的。
　　借助复杂的同步辐射成像、纳米聚焦X射线散射以及聚焦离子束应力分析，研究人员构造出了复合材料结构与应变图 [Baimpas, N., et al., Carbon 79 (2014) 85-92, DOI: 10.1016/j.carbon.2014.07.045]。由于这种复合材料同时存在晶体结构和非晶结构，单一技术很难对其进行表征。
　　借助Harwell的钻石光源，通过X射线成像技术，研究人员得到了这种复合材料的截面形貌，他们发现，纤维近乎完全规律地排列其中。这种技术也可以分析纤维和基体之间的界面键合以及纤维内部的结构。
　　“我们可以很容易的辨别纤维内部的单丝碳芯”，Korsunsky说，“我们进一步研究发现，这种丝具有精细的纳米结构，这种结构与它的加工过程相关并且决定了这种材料的性能。”
　　随后，研究人员用聚焦离子束对材料进行剥离并通过扫描电子显微镜进行观察，建立了纤维内部结构和应力场的图像。他们的发现揭示了材料从非晶态到晶态的转变与碳纤维内部压应力场的关系。
　　这种组合的分析方法有许多的优点，Korsunsky说，我们可以观察到碳纤维中复杂的内部结构，而以前还从来没有什么方法可以在这种分辨率下对其进行直接成像并对其应力进行分析。不同的分析技术得到的结果具有很好的一致性，说明我们可以通过不同的技术来克服单一技术的局限性。
　　Korsunsky说：“这种方法可以用于其他高性能碳纤维复合材料的研究中，包括高分子/碳纤维复合材料。了解碳纤维内部的应力和材料在生长过程中的结构演化将有助于我们优化材料设计以达到其佳性能。“
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