Delamination, fibre bridging and toughness of ceramic matrix composites

Delamination cracks in long-fibre reinforced ceramic matrix composites are found to be bridged by fibres which span the crack wake at a shallow angle. The in situ observation of bridging fibres reveals that these are subject to considerable tensile forces, giving rise to a substantial crack closure force. The overall crack closure force is determined by the number of bridging fibres, steadily reduced by fibre failure caused by high bending moments at the root of each fibre. This leads to a model for crack closing forces combining simple mechanics and Weibull statistics. The model relates these forces to the properties of fibres, matrix and their interface. Les fissures de délamination dans les composites à matrice céramique sont pontées par des fibres qui traversent la fissure à angle aigu. L'observation in situ révèle qu'ils sont sujets à des forces de traction considérables, provoquant une force de pontage substantielle. La force globale dépend du nombre de fibres en pontage, peu à peu réduit par la fracture des fibres, due aux contraintes de flexion aux racines de chaque fibre. Ceci amène à un modéle pour les forces de pontage, faisant appel à la mécanique simple et aux statistiques de Weibull. Le modèle relie ces forces aux propriétés des fibres, de la matrice et de leur interface. Delaminationsrisse in langfaserverstärkten keramischen Verbundwerkstoffen werden von Fasern in Kleinem Winkel überbrückt. Die in situ Beobachtung dieser Fasern zeigt, daβ sie erheblichen Zugkräften ausgesetzt sind, die zu einer beachtlichen Brückenkraft führen. Die Gesamtbrückenkraft wird durch die Anzahl der den Riβ überspannenden Fasern bestimmt, allmächlich durch Faserbruch vermindert; dieser wird durch die hohen Biegespannungen am Faseransatz ausgelöst. Dies führt zu einem Modell für Brückenkräfte, das auf einfache Mechanik und Weibull Statistik zurückgreift. Das Modell führt diese Kräfte auf die Eigenschaften von Fasern, Matrix und deren Grenzfläche zurück.