碳纖維/裂解碳/碳化硅復(fù)合材料界面設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)性能表征

 

       研究結(jié)果表明，當(dāng)碳納米管引入至裂解碳中間層內(nèi)部時(shí)，碳纖維/裂解碳/碳化硅絲束復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂功與無碳納米管的復(fù)合材料相比皆有顯著提升，分別增加了54.9%和130.3%；同時(shí)，該復(fù)合材料拉伸樣品斷裂的微觀形貌顯示，所拉斷的纖維表面呈現(xiàn)出碳纖維/裂解碳、碳納米管/裂解碳以及裂解碳/基體等多種界面協(xié)同增韌的現(xiàn)象。上述研究揭示了該類復(fù)合材料性能提升的機(jī)理：在采用先驅(qū)體浸漬與裂解（PIP）工藝制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的過程中，當(dāng)碳納米管存在于裂解碳/裂解碳界面時(shí)能起到界面潤(rùn)滑的作用，減少由于碳纖維與裂解碳熱膨脹系數(shù)不匹配所導(dǎo)致的界面熱應(yīng)力，因此能提高強(qiáng)度；同時(shí)，碳納米管的存在，使得裂解碳中間層自身的增韌能力提高，增添了裂紋的擴(kuò)展路徑，從而導(dǎo)致斷裂功的增大；而當(dāng)碳納米管存在于碳纖維/裂解碳和裂解碳/基體兩種界面上時(shí)，相比不含碳納米管的復(fù)合材料而言，復(fù)合材料的強(qiáng)度以及斷裂功提升效果不明顯。該工作證明了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面設(shè)計(jì)和雕空的重要性。

 

       該研究成果發(fā)表在碳材料領(lǐng)域的國(guó)際期刊《Carbon》上（Carbon. 2018, 129, 409-414.)。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（91426304）以及中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA03010305）的資助。