宁波材料所纤维增强陶瓷复合材料界面设计取得新进展

 

 

碳纤维/裂解碳/碳化硅复合材料界面设计与结构性能表征

 

       研究结果表明，当碳纳米管引入至裂解碳中间层内部时，碳纤维/裂解碳/碳化硅丝束复合材料的拉伸强度和断裂功与无碳纳米管的复合材料相比皆有显著提升，分别增加了54.9%和130.3%；同时，该复合材料拉伸样品断裂的微观形貌显示，所拉断的纤维表面呈现出碳纤维/裂解碳、碳纳米管/裂解碳以及裂解碳/基体等多种界面协同增韧的现象。上述研究揭示了该类复合材料性能提升的机理：在采用先驱体浸渍与裂解（PIP）工艺制备碳纤维增强碳化硅复合材料的过程中，当碳纳米管存在于裂解碳/裂解碳界面时能起到界面润滑的作用，减少由于碳纤维与裂解碳热膨胀系数不匹配所导致的界面热应力，因此能提高强度；同时，碳纳米管的存在，使得裂解碳中间层自身的增韧能力提高，增添了裂纹的扩展路径，从而导致断裂功的增大；而当碳纳米管存在于碳纤维/裂解碳和裂解碳/基体两种界面上时，相比不含碳纳米管的复合材料而言，复合材料的强度以及断裂功提升效果不明显。该工作证明了纤维增强复合材料界面设计和雕空的重要性。

 

       该研究成果发表在碳材料领域的国际期刊《Carbon》上（Carbon. 2018, 129, 409-414.)。本研究得到了国家自然科学基金（91426304）以及中科院战略先导科技专项（XDA03010305）的资助。