【摘 要】
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碳/碳（简称C/C）复合材料具有低密度、高强度、低膨胀系数、摩擦性能好,以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点。是如今在1600℃以上应用的少数备选材料,被认为是在机械以及结构材料方面最有发展前途的高温材料之一。例如作为高速制动材料、航空发动机高温结构部件（涡轮叶片、挡火板、喉衬、机翼前缘等）。但是由于C/C复合材料的制备成本较高,周期长且工序繁杂,且受到制备装置的影响,所以难以生产结构复杂的零件
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碳/碳（简称C/C）复合材料具有低密度、高强度、低膨胀系数、摩擦性能好,以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点。是如今在1600℃以上应用的少数备选材料,被认为是在机械以及结构材料方面最有发展前途的高温材料之一。例如作为高速制动材料、航空发动机高温结构部件（涡轮叶片、挡火板、喉衬、机翼前缘等）。但是由于C/C复合材料的制备成本较高,周期长且工序繁杂,且受到制备装置的影响,所以难以生产结构复杂的零件,这对于C/C复合材料的应用有着很大的局限性。那么,针对这个问题,本文采取了Si-CaO/Al2O3-Si层压结构作为中间层并用热压烧结的方法来扩散连接C/C复合材料。所用的CaO/Al2O3是一种玻璃陶瓷,又称微晶玻璃,是经过高温融化、成型、热处理而形成的一类晶相与玻璃相结合的复合材料。这种材料具有高的机械强度、耐热冲击、耐化学腐蚀、低介电损耗等优越性能。通过X射线衍射、扫描电子显微镜对所得接头进行微观组织结构分析。在万能试验机上进行剪切强度试验,测试其机械强度。此连接工艺,低成本、快速且高效。主要的工作和研究结果如下:（1）通过对接头横截面进行SEM、EDS表征发现其界面结构为:C/C基体/Si、Si C层/Ca-Al-O-Si化合物/Si、Si C层/C/C基体。通过前期的实验工作和分析,发现加热温度以及保温时间均对接头的力学性能有着较为显著的影响。因此在后续所涉及到的试验工艺范围之内,随着保温时间和连接温度的延长,所得接头在室温下的剪切强度基本呈现出了先增大后减小的趋势。最后在工艺参数为:加热温度1500℃,保温时间90 min下所制得的接头,其剪切强度最大为38.17 MPa。（2）对所得接头进行力学测试之后得到的断口进行分析,总结了四种断裂裂纹扩展模型。模型1是裂纹沿着界面、中间层以及基体上扩展最终形成断裂,在本工作中,我们所制得的接头在做完剪切试验后形成的断面是以模型1为主。模型2是沿着连接层和C/C基体界面上的断裂,由于界面处是两种不同材料的交界处,所以此处也是最容易发生失效的区域。模型3表示的是裂纹沿着中间层扩展,在这些区域连接层的强度低于界面层以及C/C基体的层间剪切强度。模型4是断裂发生在靠近连接层的C/C基体上,这种失效形式是最令人满意的结果:连接层和界面层的剪切强度都高于C/C基体的层间剪切强度。（3）连接层材料是玻璃陶瓷材料,它自身的特点是脆性高,韧性低。而C/C复合材料由于其中的碳纤维会起到一定的增韧作用,在C/C复合材料的载荷位移曲线中会体现出一定的假塑性特征。所以在连接接头的载荷位移曲线中,由于失效位置的不同而导致曲线呈现出不同的类型特征。当以模型1发生断裂时,基体、中间层和界面层都承载,载荷位移曲线呈现出阶梯状的断裂模式;当以模型2发生断裂时,说明了连接层和C/C基体界面处的强度不高,低于基体以及连接层的强度,当受到剪切应力时,随即剥落,载荷位移曲线也呈现出脆性断裂模式;当发生模型3的断裂时主要由中间层承载,因为中间层为玻璃材料,具有典型的脆性特征,因此呈现出脆性断裂模式。当以模型4发生断裂时,主要由基体承载。由于C/C复合材料在受到剪切应力时,其中的碳纤维有部分的拔出,这起到了增韧的作用,所以载荷位移曲线呈现出假塑性的断裂特征。（4）中间层材料在高温下发生互扩散和化学反应,随着加热温度以及保温时间的升高,使得物相发生了改变,最终形成了一些较为稳定的化合物。这些化合物会渗入C/C基体中形成机械互锁,从而提高了整个接头的力学性能。
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