热压烧结碳纤维增强碳化硅复合材料

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1、热压烧结碳纤维增强碳化硅复合材料*伺新波张长璃躅新贵*张巍明嗣安郴(+中南T业大学村料科学1j工程系，410083)(困舫科技大学应用化学1_材料T程系，4l0073)摘要奉义采用先驱体转化一热胝烧结方法制薪⋯rc邝Ic复合丰j料。f计究r烧结温度和裂解碳涂层对复合村抖纤·维／璀休界面和／J学性能的彬响。烧}^温崖为l800℃时，由十复合利料中由富碳抖血丰H构成的纤维／早体抖血相使纤维／堆体界面结合适中，复合材料具有较好的／J学肚能。f【：此烧结温度条件下，裂解碳涂层使纤维／捧体界面结合过弱，从m导毁复合材料的性能降低；烧结温度为l850℃时，由十纤维／堆体界面结台过强，}耳加f：烧

2、结时抖血液相：对纤维的侵蚀加重，复合材料呈现脆性断裂。如果引入碳涂层，则一f弱化纤维／甚体界面结合井目减轻界面液相对纤维的侵蚀损伤，因此复合丰才料的性能大大提高。关键词c／sIc复合材料，热肤烧结，裂解碳涂层，儿学性能1．前言近_二十多年米，陶瓷材料的增韧成为新型结构陶瓷的研究重点。陶瓷基复合材料止是此研究的重要成果之一，它是利川复台材料中再相优点的复合，使复合材料性能，特别是韧

3、生，人人提高，从而扩人陶瓷材料的应H=

4、范同。根据增强相种类的不同，可分为颗粒、品须和纤维等增强删陶瓷基复合材料¨_”。其中纤维增强陶瓷基复合材料(FRcMcs)冈其在高温F具有高强度、高韧性、耐腐蚀性好利

5、低密度等优点，被认为是目前最有发展前景的高温结构材料之一，住国防平¨航空航大领域有着广泛的应州前景h”。相比r其它陶瓷基复合材料，如Al，o，平¨si，N。基，sic基复合材料冈强度高、抗氧化性立』，已在重复使心的热防护领域方面显示出巨人的赢州淆力。目前，能使州的增强纤维主要有碳纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维和一些氧化物纤维。与其它纤维相比，碳纤维冈其低密度、高强度、高模餐以及优良的高温稳定性已J“泛应用丁复合材料领域。连续纤维增强陶瓷基复台材料的制备方法土要有化学气相沉积、先驱体浸渍裂解、粉末一泥浆热压和反应烧结法并m“。本文以聚碳硅烷(Pcs)为先驱体和粘结剂，Y：O；平uAlN为烧

6、结助剂，采用先驱体转化一热压烧结法制备碳纤维增强碳化硅复合材料。研究了烧结温度和纤维涂层对复合材料内纤维／基体界面以及复合材料密度和力学性能的影"向。2．实验过程2．1纤维表面裂解碳涂层的制备本文以聚(2，5一二烷氧基)对亚苯基Ⅱ乙烯为先驱体，采用先驱体浸渍一裂解法制备裂解碳涂层。首先将型号为M40JB的碳纤维用含有聚对弧苯基Ⅱ乙烯的氯仿溶液浸渍．然后，让浸有先驱体溶液的纤维在温度为450℃左厶．N!保护环境中裂解，从而在纤维表面获得裂解碳涂层。2．2复合材料的制备按一定比例配制由sic微粉(平均粒径约为08¨m)、烧结助剂(Y：O，～AlN)和聚碳砖烷(软化点约为203。213。c

7、)组成的复台粉体，以二甲苯为溶剂，采用湿法球磨混合均匀而制得浆料。然后，通过缠绕将碳纤维(有或无裂解碳涂层讳l浆料制成无纬布、晾干币裁剪成30mm×j5mm的小块，最后通过替层、热模乐和热乐烧结，制得纤维体积分数约为50％的复台材料。热乐乐力为25MPa，烧结温度为l800。c或l850。c，保温】h。2．3复合材料的表征采刖二点弯曲法测抗弯强度平¨层问剪切强度，试样尺寸为4mm×3mm×35mm，跨距分别为30mm平¨15mm，加载速度为05mm／min；断裂韧性采川单边切口粱法，试样尺寸为25mm×5mm×30mm，切口深度约为25mm，跨距为20mm，加载速度o05mm／mln

8、：试样密度采^H阿基米德排水法测量；烧结试样用x一射线衍射仪进行物相分析。利HjJEM．20】o掣透射电镜和扫描电镜(sEM)等观察试样的显微结构、界面特征利断口形貌。川LjnkIsIs型x一射线能谱仪(EDx)进仃微区成分分析。3．结果与讨论3．1复合材料的密度与力学性能表l给出了复合材料的编号以及其密度与力学眭能。从表一可明显看出烧结温度乖l纤维涂层对复合材料性能的影响。当纤维无涂层时．经1800℃烧结后复合材料(M1)己具有较高的密度与fH女r的性能，其密度为理论密度的93．6％。说明复合材料已铍很好的烧结，纤维发挥了较女r的增强作用。烧结温度提高刮1850℃后，虽然复合材料的

9、密度和剪切强度提高．但其抗弯强度与断裂韧陛人人降低，分*0r降了】76％和367％。对丁纤维有裂解碳涂层经l800℃烧结斤的复台材抖(M3)，也具有较好的性能。但其性能，特别是断裂韧性，低丁复合材料M1的。经】850℃烧结后，复合材料(M4)密度提高的同时，其性能也有所提高，抗弯强度与断裂韧性分别提高了l65％剌l82％。从以上结果可知．纤维碳涂层对_Lfj本实验方法制得的复合材料性能的影响0烧结温度有很人的关系。只有在烧结温度较高时，纤维表面碳涂层才能起