多尺度石墨烯-碳纤维增强C-SiC复合材料的制备及性能研究

来源 :重庆交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang_yingliang
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相比于传统陶瓷材料,C_f/C-SiC复合材料继承了碳纤维良好力学性能和碳化硅基体的高温抗氧化性能,在航空航天领域以及其它工业领域被广泛应用。然而,在制备C_f/C和C_f/C-SiC复合材料过程中,复合材料的界面容易出现裂纹,基体强度与韧性仍有待改善,复合材料难以满足更高的性能要求。本文采用水热还原法将纳米尺度石墨烯材料引入到碳纤维预制体中,之后利用聚合物先驱体浸渍-裂解法和化学气相渗透技术制备了C_f/C-SiC复合材料,改善基体的结构,使复合材料的基体更致密,并且改善碳纤维与基体界面的结合,减少界面处裂纹等缺陷的产生,提高复合材料的弯曲性能和抗氧化性能。本文研究了石墨烯-碳纤维预制体的结构以及石墨烯-碳纤维增强C-SiC复合材料中石墨烯材料的含量对碳化硅层和热解碳的微观结构、弯曲性能及抗氧化性能的影响,得到的主要结论如下:(1)石墨烯材料的引入,使C_f/C-SiC复合材料中碳化硅晶粒细化,也使得热解碳结构更完整并且石墨化程度更高。(2)当碳纤维预制体中石墨烯材料的含量达到1.2 wt%时,石墨烯材料与碳纤维出现多种搭接方式,使碳纤维之间结合变强,也优化了碳纤维与基体的界面结合,提高了陶瓷基复合材料的弯曲性能。随着石墨烯材料含量增加,rGO改性C_f/C-SiC复合材料的抗弯强度和模量的提高程度均呈现先增大的趋势,复合材料的最大荷载和断裂强度也随着石墨烯材料的增加而增大。(3)相比于纯C_f/C-SiC复合材料,在600-900℃的等温氧化性能测试中,rGO改性C_f/C-SiC复合材料表现出更低的氧化速率。当预制体中石墨烯材料含量为0.8wt%时,rGO改性C_f/C-SiC复合材料抗氧化性能最佳。当石墨烯材料含量过多时,预制体表面石墨烯材料过度堆叠,热解碳不均匀沉积,rGO改性C_f/C-SiC复合材料表面易出现微孔隙,从而恶化复合材料的抗氧化性能。
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