A push-out technique for the evaluation of interfacial properties of fiber-reinforced materials

The friction stress and the shear strength of the interfaces in fiber-reinforced composites can be calculated from load-displacement diagrams as determined in push-out tests. In this study a fiber push-out instrument was developed, which is based on the extension of a piezo-translator connected with a hard-metal tip. Both the indentation process and the acquisition of data were carried out under computer control. Poisitioning of the indenter tip over the fiber axis was achieved using a video system with a macro-objective, allowing in-situ observation of the fiber push-out process. The examined material is a single-fiber composite consisting of a SiC fiber in an aluminosilicate glass matrix. The results of the push-out experiments and the calculation of the interfacial shear strength and the interfacial friction stress are presented and compared to data described in the literature. Der Reibungswiderstand und die Schubfestigkeit der Faser-Matrix-Grenzflächen von faserverstärkten Verbundwerkstoffen können durch Lastverschiebungsdiagramme aus einem Push-out-Versuch berechnet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Push-out-Gerät entwickelt, das auf der Basis der Längenausdehnung eines Piezo-Translators verbunden mit einer Hartmetallspitze arbeitet. Sowohl die Stempelsteuerung als auch die Meßdatenerfassung sind rechnergesteuert. Das Problem der Positionierung der Stempelspitze gegenüber der Faserachse wurde mittels eines Videosystems gelöst, an das ein Makroobjektiv angeschlossen wurde. Durch diese Technik ist es auch möglich, den Push-out-Prozeß zu beobachten. Das untersuchte Material ist ein Einfaser-Verbundwerkstoff bestehend aus einer SiC-Faser in einer Aluminiumsilikat-Glasmatrix. Es werden die Ergebnisse der Push-out-Versuche und die Berechnung der Grenzflächenscherfestigkeit und des Grenzflächenreibungswiderstandes dargestellt und mit Literaturwerten verglichen. La contrainte de friction et la force de cisaillement aux interfaces fibre-matrice dans des composites renforcés par fibres peuvent être calculées sur base des diagrammes charge-déplacement relevés au cours de tests de déchaussement des fibres. Dans ce travail, un équipage de mesure du déchaussement a été mis au point. Il est basé sur le mouvement d'un capteur piézoélectrique comprenant un embout en ‘métal dur’. L'ensemble du processus d'indentation et d'acquisition des données a été informatisé. Le positionnement de l'indenteur au niveau de l'axe de la fibre est réalisé grâce à un système vid