GBT 47907-2026 连续纤维增强陶瓷基复合材料 室温层间剪切强度和剪切模量试验方法 双切口压缩法和V形切口梁法标准立项发展报告

连续纤维增强陶瓷基复合材料室温层间剪切强度和剪切模量试验方法双切口压缩法和V形切口梁法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TestMethodforInterlaminarShearStrengthandShearModulusofContinuousFiberReinforcedCeramicMatrixCompositesatRoomTemperature—Double-NotchCompressionMethodandV-NotchedBeamMethod摘要连续纤维增强陶瓷基复合材料（CMC）以其优异的高温力学性能、低密度和耐氧化特性，在航空航天、核能、交通运输等高端装备领域具有不可替代的战略地位。然而，由于其层状结构特征，层间剪切性能的准确测试与评价长期存在方法不统一、数据可比性差等突出问题。本报告以国家标准GB/T47907-2026《连续纤维增强陶瓷基复合材料室温层间剪切强度和剪切模量试验方法双切口压缩法和V形切口梁法》为对象，系统阐述了该标准的立项背景、编制原则、技术路线和核心内容。该标准针对连续纤维增强陶瓷基复合材料室温环境下层间剪切强度和剪切模量的测试需求，分别规定了双切口压缩法和V形切口梁法两种试验方法的原理、试样要求、试验设备、试验步骤及数据处理方法。本报告的编制旨在为该标准的理解与实施提供系统参考，推动陶瓷基复合材料测试技术的规范化和国际化发展。标准将于2027年2月1日正式实施，其实施将有效填补我国在该领域测试方法标准的空白，为材料研发、质量评价和工程应用提供统一的技术依据。关键词：连续纤维增强陶瓷基复合材料；层间剪切强度；剪切模量；双切口压缩法；V形切口梁法；国家标准；试验方法AbstractContinuousfiberreinforcedceramicmatrixcomposites(CMCs)possessirreplaceablestrategicsignificanceinhigh-endequipmentsectorssuchasaerospace,nuclearenergy,andtransportationduetotheirexceptionalhigh-temperaturemechanicalproperties,lowdensity,andoxidationresistance.However,duetotheirlaminatedstructuralcharacteristics,theaccuratetestingandevaluationofinterlaminarshearperformancehavelongbeenplaguedbyinconsistentmethodologiesandpoordatacomparability.Thisreportsystematicallyelaboratesonthebackground,compilationprinciples,technicalapproach,andcorecontentofthenationalstandardGB/T47907-2026,whichspecifiestestmethodsfordeterminingtheinterlaminarshearstrengthandshearmodulusofcontinuousfiberreinforcedceramicmatrixcompositesatroomtemperatureusingthedouble-notchcompressionmethodandtheV-notchedbeammethod.ThestandardisscheduledforofficialimplementationonFebruary1,2027,andwilleffectivelyfillthegapintestingmethodstandardsinthisfieldinChina,providingunifiedtechnicalguidanceformaterialdevelopment,qualityevaluation,andengineeringapplications.Keywords:Continuousfiberreinforcedceramicmatrixcomposites;Interlaminarshearstrength;Shearmodulus;Double-notchcompressionmethod;V-notchedbeammethod;Nationalstandard;Testmethod1引言1.1研究背景连续纤维增强陶瓷基复合材料（ContinuousFiberReinforcedCeramicMatrixComposites，简称CMC）是以碳化硅（SiC）、氧化铝（Al₂O₃）、氮化硅（Si₃N₄）等陶瓷材料为基体，以碳纤维、碳化硅纤维等连续纤维为增强体的一类高性能复合材料。该类材料在保留陶瓷材料优异耐高温、耐腐蚀、低密度等特性的同时，通过纤维增强显著提升了材料的韧性和可靠性，已成为先进航空航天发动机热端部件、热防护系统、核能结构部件等领域不可替代的关键材料。随着CMC材料在重大装备中的推广应用，其力学性能的准确评价，尤其是层间剪切性能的测试，成为材料选型、结构设计、质量控制和使用寿命预测的核心基础。CMC材料的层间剪切性能直接反映了其层状结构界面的结合质量，是评价材料制备工艺水平、预测分层损伤行为和控制构件安全裕度的重要指标。1.2标准立项的必要性当前，我国在连续纤维增强陶瓷基复合材料力学性能测试方法标准方面尚存在明显不足。与金属材料和树脂基复合材料不同，CMC材料具有各向异性显著、断裂应变小、对缺口敏感性强等特点，使得通用剪切试验方法难以直接适用。国外相关标准体系虽然已有一定积累，如在部分国际组织和先进工业国家已形成相关测试规范，但在试样形式、加载方式、数据处理等方面存在较大差异，难以直接等效采用。更为关键的是，现有测试方法在层间剪切强度的测量结果上存在显著的数据分散性，不同试验方法得到的结果差异可达20%-50%。这一现状严重制约了CMC材料力学性能数据库的建立和材料性能的横向对比。因此，制定统一的层间剪切强度和剪切模量试验方法国家标准，对于规范行业测试行为、提高数据可比性、支撑材料工程应用具有重要意义。1.3标准基本信息本报告所涉标准编号为GB/T47907-2026，标准名称为《连续纤维增强陶瓷基复合材料室温层间剪切强度和剪切模量试验方法双切口压缩法和V形切口梁法》。该标准于2026年7月2日发布，将于2027年2月1日正式实施，归口于全国工业陶瓷标准化技术委员会（SAC/TC194），发布机构为国家标准化管理委员会。该标准在分类上属于高级陶瓷领域的力学性能试验方法标准，采用了双切口压缩法和V形切口梁法两种国际上较为认可的层间剪切性能测试方法。其中，双切口压缩法通过对带有对称切口的试样施加压缩载荷以产生层间剪切应力，其中国际上已有相关原理验证，已在航空航天材料测试领域得到多年应用；V形切口梁法（即Iosipescu方法）则在试样中部设置V形对称切口，通过专用夹具施加剪切载荷，在切口区域形成近似纯剪切应力状态，这一方法自提出以来已在金属、复合材料等领域得到了较好的验证与应用。两种方法的并行纳入为不同材料体系、不同试验条件和不同测试目的的使用者提供了技术选择空间，同时通过严格的试验条件规定和数据处理要求确保两种方法结果的可比性和一致性。2标准编制背景与任务来源2.1国内外相关标准现状在国际层面，连续纤维增强陶瓷基复合材料的剪切性能测试标准主要分散在ISO、ASTM、CEN等标准化组织的相关技术文件中。ASTMC1292等标准规定了连续纤维增强陶瓷基复合材料在不同温度下的层间剪切强度测试方法，主要采用短梁法和双切口法等技术路线；ISO相关技术委员会也在积极推进陶瓷基复合材料试验方法标准的制定工作。然而，已有国际标准之间在试样几何尺寸、加载速率、数据处理方法等方面存在较大差异，导致不同标准体系下的测试结果缺乏充分的等效性和可比性。在国内层面，GB/T34559等标准对连续纤维增强陶瓷基复合材料的部分基本力学性能（如拉伸、弯曲性能等）的测试方法进行了规范。然而，关于层间剪切强度和剪切模量的试验方法标准尚属空白，测试人员在工程实践中只能参照树脂基复合材料或国外相关标准执行，缺乏针对陶瓷基复合材料特性的统一测试规范。2.2标准制定的政策依据本标准的制定紧密围绕《国家标准化发展纲要》提出的“推动标准化与科技创新互动发展”和“加强战略性新兴产业标准制定”等战略部署，属于高性能纤维及复合材料等重点领域的标准制修订范畴。同时，工信部等部门发布的《关于加快新材料产业创新发展的指导意见》明确提出了完善新材料测试评价体系、推进新材料领域标准体系建设的要求。本标准的制定是落实上述政策精神的具体行动，也是完善我国先进陶瓷及复合材料标准体系的重要一环。3编制原则与依据3.1编制原则一是协调一致原则。标准编制过程中，充分参考和借鉴了现有国际标准如ASTMC1292、ISO相关草案等和国际先进测试经验，在国内已形成的CMC力学性能测试方法标准框架下，确保术语定义、符号标记、结果计算等方面的协调统一。二是适用性原则。充分考虑CMC材料的特殊性，包括纤维种类、排列方式、界面特性等对层间剪切行为的影响，确保标准规定的试验方法能够覆盖不同工艺制备、不同纤维排布的CMC材料体系。三是可操作性原则。试验步骤的编制注重实际操作的可行性与便利性，尽量选用常规试验设备和通用工装夹具，降低执行门槛。在满足精度要求的前提下，给出了明确而简洁的试样尺寸要求和试验条件。3.2编制依据本标准的编制在技术层面主要依据以下文件：GB/T3961《纤维增强复合材料术语》界定的基础术语；GB/T34559《连续纤维增强陶瓷基复合材料室温拉伸性能试验方法》等国内现有标准在试样制备、测量仪器校准、试验环境条件等方面的通用规则。在管理层面，遵循GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》对标准编写格式和要求的规定。4主要技术内容解析4.1范围界定与术语符号本标准规定了连续纤维增强陶瓷基复合材料室温层间剪切强度和剪切模量试验的试验原理、试样、试验设备、试验步骤、计算方法和试验报告。标准适用于连续纤维增强陶瓷基复合材料在室温大气环境条件下层间剪切强度和剪切模量的测定，且所涉及的层间剪切方向为平行于纤维铺层方向的剪切。4.2方法原理双切口压缩法采用矩形截面试样，在试样两侧面中央对称加工两条切口，两条切口位于试样的同一横截面附近，间距精确控制。试验时沿试样轴向施加压缩载荷，载荷通过试样上下两端面均匀传递，使两条切口之间的区域承受层间剪切应力。当载荷达到临界值时，两切口间的层间区域发生剪切破坏，据此计算层间剪切强度。该方法对试样加工精度要求较高，但能较为直接地测得层间剪切强度。V形切口梁法采用矩形截面的梁式试样，在试样两侧中央对称加工V形切口，使试样中部形成缩小的测试截面。试验时通过专用加载装置对试样施加反对称的四点弯转载荷，使V形切口之间区域近似处于纯剪切应力状态。通过在试样表面或跨中区域粘贴应变片或采用引伸计测量剪切变形，可同时获取层间剪切强度和剪切模量。4.3试样要求双切口压缩法的试样为长方体块状，在长度方向两侧面中央对称加工两条贯穿宽度的切口，切口宽度和深度均有明确规定，两切口的间距要求精确控制。V形切口梁法的试样为矩形长条状，中央两侧加工V形切口，切口角度为90°±1°，切口根部应具有规定的曲率半径以减小应力集中。对所有试样，要求表面平整、无可见裂纹和明显缺陷；试样加工过程中应避免对材料造成损伤或引入残余应力。试样数量要求每组有效试样不少于5个。4.4试验条件与步骤试验环境条件按照GB/T34559等相关标准规定执行。试验设备包括力学试验机、专用加载夹具、测量仪器等，试验机载荷精度不低于±1%。双切口压缩法要求加载速率为0.5mm/min，V形切口梁法加载速率为1.0mm/min，以保证试验过程中载荷的平稳施加。4.5数据处理与结果计算双切口压缩法的层间剪切强度按公式τ=P/(b×l)计算，其中P为试验过程中的最大载荷，b为试样宽度，l为两切口之间的距离。V形切口梁法则通过试验过程中测得的最大载荷与V形切口处最小截面尺寸的函数关系计算层间剪切强度，当在试验中同步记录了载荷-位移曲线时，可以通过计算载荷-位移曲线的初始线性段斜率，结合试样的几何参数与柔度标定关系，进一步确定层间剪切模量。试验结果以平均值和标准差形式给出，可附带离散系数以表示数据的可靠性。5标准实施的意义与预期影响5.1填补标准空白、完善标准体系本标准的发布填补了我国连续纤维增强陶瓷基复合材料层间剪切强度和剪切模量测试方法标准的空白，与现有的GB/T34559系列标准共同构成覆盖拉伸、弯曲、层间剪切等基本力学性能的较完善的试验方法标准簇。本标准的实施将为CMC材料的生产方、使用方和第三方检测机构提供统一的技术准则，从源头上保障力学性能数据的可靠性和可比性。5.2促进技术交流与国际接轨本标准采用的双切口压缩法和V形切口梁法与国际上广泛认可和应用的试验方法高度一致，在技术指标设置上充分考虑了国际互认的要求。标准的发布和实施有助于推动我国CMC材料领域技术成果与国际接轨，促进我国先进陶瓷材料测试数据的国际互认，为国产CMC材料进入国际市场提供标准支撑。5.3支撑材料研制与工程应用在新型CMC材料研制过程中，层间剪切强度是筛选纤维/基体界面改性方案、优化制备工艺参数、评估材料批次稳定性等环节必不可少的关键评价指标。本标准的实施，将为材料研发人员提供一个系统、统一、可比的测试工具，切实服务于高性能CMC材料的国产化和工程化应用进程。6标准主要起草单位简介本标准的主要起草单位之一是中国航发北京航空材料研究院。该研究院创建于1956年，是我国面向航空领域，集材料研发、检测评价、标准制定于一体的综合性研究机构，在先进复合材料、高温结构材料、材料性能表征与评价等领域具有深厚的技术积累和丰富的工程经验。研究院在航空发动机用连续纤维增强陶瓷基复合材料及其构件性能表征与评价技术方向，开展了持续的自主研发，先后建立了较全面的CMC材料力学性能测试评价体系，培养了多名在该领域具有深厚造诣的技术专家。研究院作为SAC/TC194全国工业陶瓷标准化技术委员会的重要成员单位，近年来主导或参与完成了多项先进陶瓷材料国家标准和行业标准的制修订工作。在本标准的研制过程中，中国航发北京航空材料研究院负责牵头开展广泛的试验验证工作，为确定双切口压缩法的最优试样尺寸设计、V形切口梁法的切口几何参数优化以及试验结果的统计处理方案提供了翔实的试验数据和扎实的技术支撑。7结论与展望7.1总结国家标准GB/T47907-2026《连续纤维增强陶瓷基复合材料室温层间剪切强度和剪切模量试验方法双切口压缩法和V形切口梁法》是我国先进陶瓷材料标准化工作的一项重要成果。该标准的制定紧密围绕国内CMC技术发展和工程应用的实际需求，充分吸收了国际先进经验，经过大量的试验验证和反复研讨，形成了科学、完善、可操作性强的技术内容。标准的发布将有效规范CMC材料层间剪切性能的测试行为，提高测试数据的准确性、可比性和可复现性。7.2未来展望建议重点开展以下三方面工作：一是加强标准宣贯与培训工作。通过组织标准宣贯会、技术研讨会、实验室间比对试验等形式，推动标准在行业内得到广泛认知和有效应用。在标准实施后适时开展实施效果评估，根据反馈意见和新技术发展情况及时修订完善。二是推进高温及超高温试验方法的标准化。随着CMC材料在更高温度环境中的应用需求日趋迫切，建议在室温层间剪切试验方法的基础上，及时研究该试验方法向高温环境