碳纤维的应用

稀　有　金　属第29卷　第5期2005年10月

Vol.29№.5CHINESEJOURNALOFRAREMETALSOct.2005

制备工艺对碳纤维增强碳化硅基复合材料结构和力学性能的影响

①

周长城3,周新贵,张长瑞,曹英斌,邹世钦

(

国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室,长沙410073)

摘要:以化学气相沉积碳为界面层,聚碳硅烷为先驱体,经过102(3D2Cf/SiC)。考察了碳涂层高温预处理和陶瓷先驱体第一个周期℃:碳涂层高温预处理有助于复合材料密度的提高,,,571MPa,剪切强度51MPa,断裂韧性18MPa1/2关键词:;高温处理;先驱体浸渍裂解

中图分类号:T　　文献标识码:A　　文章编号:0258-7076(2005)05-0666-04

　　碳纤维增强碳化硅基复合材料以其低密度、高强度、高温稳定性及优异的抗氧化性能,被广泛地应用于航空航天等各个领域[1]。因此,对Cf/SiC复合材料的研究已受到各航天大国的关注,有了很大的发展。对复合材料而言,由于制备工艺复杂,其性能的高低与工艺的关系就显得格外密切,因此,C/SiC复合材料制备工艺成为该复合材料研究的热点[2～6]。对纤维增强复合材料来说,材料界面对纤维的脱粘拔出,很好的发挥纤维的增韧作用是至关重要的。以往的研究表明[7～10],对C/SiC复合材料而言,对碳纤维进行表面涂层,以及工艺方面的改进,对于获得界面结合适宜、高性能的复合材料是必不可少的。本文研究了碳涂层1600℃高温处理,以及聚碳硅烷第一周期1600℃裂解对复合材料性能及微观结构的影响,并对其影响机制进行了剖析。

科技大学CFC重点实验室合成,软化点为217～227℃。以二甲苯为溶剂溶解聚碳硅烷,二者配比

聚碳硅烷∶二甲苯=50∶50(%)。采用化学气相沉积工艺制备复合材料碳涂层,再经先驱体聚碳硅烷浸渍2裂解工艺制备Cf/SiC复合材料。化学气相沉积碳涂层在中南大学粉末冶金研究院进行,以丙烯(C3H6)为碳源气体,沉积温度920℃,涂层厚度1.2μm。试样A经碳涂层后,以先驱体聚碳硅烷浸

渍2裂解10个周期得复合材料;试样B经碳涂层后,先经过1600℃高温预处理,然后经先驱体聚碳硅烷浸渍2裂解10个周期得复合材料;试样C经碳涂层后,先驱体聚碳硅烷浸渍2裂解第一个周期采用1600℃高温裂解,其余9个周期同上,采用1200℃裂解。采用阿基米德排水法测定复合材料

密度。CSS21101电子万能实验机测试试样的室温力学性能:弯曲强度、剪切强度和断裂韧性。测试标准:弯曲强度:跨高比10,加载速

率0.5mm min-1;剪切强度:跨高比为5,加载速率0.5mm min-1;断裂韧性:跨高比为4,加载速率0.1mm min-1,切口深度试样高的一半;复合材料力

1　实　验

本研究所用碳纤维是吉林碳素厂生产的JC21K碳纤维,密度1.76g cm-3,强度3000～3300MPa,模量210GPa。由南京玻璃纤维研究院采用两步法编织成三维碳纤维编织体,纤维织构三维五向,纤维体积分数53.6%。先驱体聚碳硅烷(PCS)由国防

学性能取5根试样条性能的平均值。将复合材料试样断口喷金后,用JSM25600(JEOL)型扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况。

①收稿日期:2005-07-31;修订日期:2005-08-22

基金项目:国家863计划资助项目(2002AA305102)

作者简介:周长城(1980-),男,甘肃武威人,博士研究生;研究方向:陶瓷基复合材料3通讯联系人(E2mail:nudtzcc@163.com)