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穩(wěn)定性和高強度等優(yōu)點，是具有很大應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度和致密度等性能，然而其較低的韌性阻礙了它的進一步應用。近幾十年來利用碳纖維增韌ZrB2-SiC基復合材料一直是研究的重點，碳纖維能夠有效的改變復合材料的斷裂模式，極大的提高材料的臨界裂紋尺寸，對材料的應用是十分有利的。但是碳纖維與ZrB2-SiC基陶瓷的復合同樣存在諸多問題，如碳纖維與基

2、體的強界面結合不利于纖維在裂紋擴展時發(fā)生拔出現象，以及在高溫復合的過程中自身的結構變化和與基體發(fā)生反應引起纖維的性能降低，這些都限制了碳纖維在復合材料中發(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合的界面，使材料在破壞過程中發(fā)生更多的纖維拔出現象，同時碳涂層作為中間層避免了纖維與基體的反應，最終改善材料的性能。首先分析了纖維涂層對纖維的軸向單絲拉伸強度、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合，使復合材料的韌性得到提高。但是在研究中發(fā)現，在利用化學氣相沉積法制備裂解碳涂層后，碳纖維的強度降低，并且碳纖維的強度隨著沉積時間的增加（涂層的厚度增加）而逐漸下降。為了解釋這一現象，本文利用多種測試手段，發(fā)現碳纖維強度下降一方面是由于涂層的引入帶來了更多的缺陷，另一方面是因為在涂層制備過程中纖維經過長時間高溫熱處理，使纖維的結構發(fā)生變化，進而影響了纖維的性能。

4、>　　針對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復合涂層結構的碳纖維，致密的SiC涂層能夠阻止氧的擴散，使材料具備良好的抗氧化特性。分別采用化學氣相沉積法和包埋法在纖維表面制備了SiC涂層，化學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復合涂層的碳纖維。