碳纖維表面C和SiC涂層的制備及性能分析.pdf

1、ZrB2超高溫陶瓷擁有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，是具有很大應(yīng)用前景的耐高溫材料。在制備ZrB2基陶瓷的過程中，加入SiC能夠大幅度的改善材料的強(qiáng)度和致密度等性能，然而其較低的韌性阻礙了它的進(jìn)一步應(yīng)用。近幾十年來利用碳纖維增韌ZrB2-SiC基復(fù)合材料一直是研究的重點(diǎn)，碳纖維能夠有效的改變復(fù)合材料的斷裂模式，極大的提高材料的臨界裂紋尺寸，對(duì)材料的應(yīng)用是十分有利的。但是碳纖維與ZrB2-SiC基陶瓷的復(fù)合同樣存在諸多問題，如碳纖維與基

2、體的強(qiáng)界面結(jié)合不利于纖維在裂紋擴(kuò)展時(shí)發(fā)生拔出現(xiàn)象，以及在高溫復(fù)合的過程中自身的結(jié)構(gòu)變化和與基體發(fā)生反應(yīng)引起纖維的性能降低，這些都限制了碳纖維在復(fù)合材料中發(fā)揮良好的作用。
　　為了改善這一問題，本文采用在碳纖維表面制備一層裂解碳涂層來弱化基體與纖維結(jié)合的界面，使材料在破壞過程中發(fā)生更多的纖維拔出現(xiàn)象，同時(shí)碳涂層作為中間層避免了纖維與基體的反應(yīng)，最終改善材料的性能。首先分析了纖維涂層對(duì)纖維的軸向單絲拉伸強(qiáng)度、界面剪切等性能的影響。裂解

3、碳涂層能夠有效的改善碳纖維的界面性能，極大的弱化了纖維與基體的界面結(jié)合，使復(fù)合材料的韌性得到提高。但是在研究中發(fā)現(xiàn)，在利用化學(xué)氣相沉積法制備裂解碳涂層后，碳纖維的強(qiáng)度降低，并且碳纖維的強(qiáng)度隨著沉積時(shí)間的增加（涂層的厚度增加）而逐漸下降。為了解釋這一現(xiàn)象，本文利用多種測(cè)試手段，發(fā)現(xiàn)碳纖維強(qiáng)度下降一方面是由于涂層的引入帶來了更多的缺陷，另一方面是因?yàn)樵谕繉又苽溥^程中纖維經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間高溫?zé)崽幚?，使纖維的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而影響了纖維的性能。

4、>　　針對(duì)材料在高溫服役過程中纖維易發(fā)生氧化損傷的問題，在制備裂解碳涂層的碳纖維表面制備一層SiC涂層，形成具有C/SiC復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)的碳纖維，致密的SiC涂層能夠阻止氧的擴(kuò)散，使材料具備良好的抗氧化特性。分別采用化學(xué)氣相沉積法和包埋法在纖維表面制備了SiC涂層，化學(xué)氣相沉積法制備的涂層均勻致密，且厚度易于控制，所以最終使用化學(xué)氣相沉積法在含有裂解碳涂層的碳纖維表面制備SiC涂層，繼而成功制備了含有C/SiC復(fù)合涂層的碳纖維。