第32卷第5期 2013年5月
中国材料进展 MATERIALSCHINA
Vol.32No.5 May2013
炭纤维热处理对C/C复合材料力学性能的影响
李伟，李贺军，魏建峰，张守阳，王沛，傅杨茜
（西北工业大学高温热结构复合材料重点实验室C/C复合材料研究中心，陕西西安710072）
要：采用化学气相沉积工艺对未处理和2500热处理的炭纤维预制体进行致密化，对致密化后的C/C复合材料进行弯曲力学性能测试，借助偏光显微镜和扫描电子显微镜观察热解炭的组织、纤维的表面和弯曲试样断口的形貌。结果显示；高温热处理后，纤维表面变的更加光滑，表面出现很多沿纤维轴向的沟槽；致密化后的两种C/C复合材料的基体消光角约为21°，均为高织构热解炭；与末处理纤维增强C/C复合材料相比，经高温热处理后纤维增强的C/C复合材料的弯曲强度和模量均大幅下降，断裂特征由脆性转变为典型的假塑性，断口处有大量纤维拔出，纤维表面未粘附热解炭，表明对纤维进行高温热处理显著降低了纤维和热解炭基体的界面结合强度，导致材料强度降低，断裂呈假塑性。
李贺军
关键词：C/C复合材料；热处理；界面；力学性能
中图分类号：TG37
文献标识码：A
文章编号：16743962(2013)05031404
EffectofHeatTreatmentofCarbonFibersonthe
MechanicalPropertiesofC/CComposites
LI Wei,LI Hejun,WEI Jianfeng,ZHANG Shouyang,WANG Pei,FU Yangxi( C/C Composite Research Center, Key Laboratory of Thermal Structural Composites, Northwesterm
Polytechnical University, Xi'an 710072, China)
Abstract: Untreated and 2 500 °C heat treated carbon fiber felts were densified by chemical vapor infiltration, The me chanical properties of the as-prepared carbon/carbon ( C/C) composites were examined by three point bending test. Fur thermore, texture of the pyrolytic carbon, surface morphology of carbon fibers and fracture surface morphology of the bro-aeassaasaoaeasosaeaaaaes high temperature heat treatment, the surface of the fibers became smoother and numerous grooves can be observed. The matrix of the both deposited C/C composites had an extinction angle of about 21°, indicating it was a high textured pyrolyt oeaeaaodonearoaraaoeaeanredonn ber felt reinforced C/C composite had a sharp decrease in flexural strength and modulus, and its failure exhibited a typical pseudo plastic mode, It cannot be found pyrolytic carbon wrapping the pulled-out fibers which illustrated that the heat treatment significantly weakened the fiber-matrix interface resulting in the low mechanical properties and pseudo plastic failure of the C/C composites.
Key wOrdS : carbon/carbon composites; heat treatment; interface; mechanical properties
前言 1
由于炭/炭（C/C)复合材料具备低密度、良好的高温力学性能和烧蚀性能，被广泛应用于航空、航天和军收稿日期：20120910
基金项目：国家自然科学基金（51221001，51002124，51202193）第一作者：李伟，男，1982年生，博士研究生
通信简介：李贺军，男，1957年生，教授，博士生导师 DOI: 10. 7502/j, issn, 1674 3962. 2013. 05. 09
事领域。采用化学气相沉积工艺(CVI)制备的热解炭基 C/C复合材料比树脂和沥青基C/C复合材料力学性能优异，因此备受关注。近年来，热解炭组织对C/C复合材料力学性能影响的相关研究报道较多，Guellalil等人研究了带状组织热解炭基C/C复合材料的弯曲力学性能，发现材料的断裂韧性随着外层高织构热解炭含量的提高而增加，而内层中织构热解炭含量较高的C/C 复合材料具有更高的弯曲强度和模量。He[3]等人研究了热解炭组织结构对2DC/C复合材料力学性能的影响，