借助偏光顯微鏡、掃描電鏡以及力學(xué)性能測試研究了兩種雙基體C/C復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能。結(jié)果表明:基體碳在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)出熱解碳的光滑層組織,瀝青碳的各向同性、鑲嵌和流域組織。在SEM下普通瀝青碳為"葡萄狀"結(jié)構(gòu),中間相瀝青碳為片層條帶狀結(jié)構(gòu)。具有多層次界面結(jié)構(gòu)的材料可以提高材料的彎曲強(qiáng)度,改善材料的斷裂韌度,兩種材料在載荷-位移曲線中載荷為臺階式下降,呈現(xiàn)出假塑性斷裂特征。材料A和材料B的彎曲強(qiáng)度分別為206.68,243.66MPa,斷裂韌度分別為8.06,9.66MPa·m1/2,材料B的彎曲強(qiáng)度、斷裂韌度均優(yōu)于材料A。 

【文章來源】：材料工程. 2017,45(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖１Ｃ／Ｃ復(fù)合材料的偏光組織結(jié)構(gòu)（ａ）材料Ａ；（ｂ）材料ＢＦｉｇ．１ＰｏｌａｒｉｚｅｄｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ａ）ｍａｔｅｒｉａｌＡ；（ｂ）ｍａｔｅｒｉａｌＢ

中由于受到空間條件等因素的影響，發(fā)生扭曲而形成“Ｕ”型、“Ｖ”型等結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部有分布較為規(guī)整的微裂紋，這是由于炭化時發(fā)生熱縮聚等化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致基體收縮而形成的，與纖維的界面部分結(jié)合較好（圖中單箭頭指示處），部分處有裂紋（圖中雙箭頭指示處），這種界面為“裂紋型”界面，結(jié)合強(qiáng)度適中，中間相瀝青碳／熱解碳的界面也屬于“裂紋型”界面，這種界面結(jié)構(gòu)和中間相瀝青碳的片層條帶狀結(jié)構(gòu)有利于改善材料的韌性。圖中兩種瀝青碳的含量有所不同，這是由于瀝青具有流動性，炭化時不受人為控制而形成的。圖２Ｃ／Ｃ復(fù)合材料的原始ＳＥＭ形貌（ａ）材料Ａ；（ｂ）材料ＢＦｉｇ．２ＳＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ａ）ｍａｔｅｒｉａｌＡ；（ｂ）ｍａｔｅｒｉａｌＢ２．２Ｃ／Ｃ復(fù)合材料的力學(xué)性能將材料Ａ、材料Ｂ按照三點彎曲法和單邊缺口梁彎曲法的要求分別制備好１０個試樣，測試其彎曲強(qiáng)度和斷裂韌度，測試數(shù)據(jù)見表１。對所測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散性分析，得到材料Ａ，Ｂ的彎曲強(qiáng)度的平均值分別為２０６．６８，２４３．６６ＭＰａ，斷裂韌度的平均值分別為８．０６，９．６６ＭＰａ·ｍ１／２。通過對兩種材料的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌度數(shù)據(jù)的方差、標(biāo)準(zhǔn)差和極差進(jìn)行比較，可以得知，材料Ｂ的兩種力學(xué)性能的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性均優(yōu)于材料Ａ。圖３為兩種雙基體Ｃ／Ｃ復(fù)合材料測試彎曲強(qiáng)度的載荷－位移曲線�？梢钥闯�，材料在受到彎曲載荷時，在開始階段，載荷－位移曲線基本表現(xiàn)為線性的特征，材料Ａ在載荷超過５００Ｎ左右時，曲線表現(xiàn)為非線性的特征，載荷達(dá)到最大值后開始下降并且

第４５卷第８期兩種雙基體Ｃ／Ｃ復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能圖３Ｃ／Ｃ復(fù)合材料的載荷－位移曲線Ｆｉｇ．３Ｃｕｒｖｅｓｏｆｌｏａｄ－ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ后也為臺階式下降。兩種材料的這種載荷－位移曲線，說明它們均有較好的韌性，材料Ｂ的韌性相對更好一些，均表現(xiàn)出假塑性破壞的斷裂特征。圖４為Ｃ／Ｃ復(fù)合材料測試彎曲強(qiáng)度后的斷口ＳＥＭ形貌，從圖中可以看出，兩種材料的斷口ＳＥＭ形貌均呈現(xiàn)出纖維層層推進(jìn)式的斷裂模式，與載荷－位移曲線中載荷呈臺階式下降相對應(yīng)。材料Ａ斷裂后纖維單絲幾乎處于分散狀態(tài)，而且纖維拔出相對較長，材料Ｂ斷裂后呈現(xiàn)出幾到十幾根纖維單絲黏結(jié)在一起，但斷口并不齊平，纖維單絲也是分層次的斷裂（圖中橢圓處），這些現(xiàn)象進(jìn)一步說明了材料的韌性較好，表現(xiàn)圖４Ｃ／Ｃ復(fù)合材料的斷口ＳＥＭ形貌（ａ）材料Ａ；（ｂ）材料ＢＦｉｇ．４ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ａ）ｍａｔｅｒｉａｌＡ；（ｂ）ｍａｔｅｒｉａｌＢ出假塑性斷裂特征。分析認(rèn)為，Ｃ／Ｃ復(fù)合材料的力學(xué)性能由纖維、基體以及界面的綜合效應(yīng)決定，但其強(qiáng)度主要取決于碳纖維，材料Ａ中纖維／基體界面處微裂紋較多，界面結(jié)合較弱，這種界面不能有效地將應(yīng)力傳遞給起支撐作用的纖維，致使材料的彎曲強(qiáng)度相對較低，材料Ｂ中纖維／基體界面結(jié)合強(qiáng)度適中，可以將應(yīng)力傳遞給纖維，其彎曲強(qiáng)度相對較高，如果界面結(jié)合較強(qiáng)，纖維與基體一起斷裂，纖維起不到真正的支撐作用，反而使材料的強(qiáng)度降低。材料的韌性

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