摘(zhai) 要： 為了(le)改善(shan)Cf/氧(yang)化鋁(lv)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷基復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)中碳纖(xian)(xian)維與(yu)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷基體界(jie)面, 在(zai)預制復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)混合(he)(he)(he)物中摻入復(fu)合(he)(he)(he)添加劑, 采用(yong)真空熱壓(ya)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)技術制備(bei)Cf/氧(yang)化鋁(lv)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷基復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao), 主(zhu)要研究復(fu)合(he)(he)(he)添加劑對Cf/氧(yang)化鋁(lv)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷基復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)界(jie)面的結(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)狀態和界(jie)面成分的影響(xiang)。結(jie)(jie)(jie)果表(biao)明:在(zai)本實(shi)驗條件下, 復(fu)合(he)(he)(he)添加劑在(zai)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)過程(cheng)中聚集于氧(yang)化鋁(lv)晶粒(li)的晶界(jie)處(chu)和碳纖(xian)(xian)維與(yu)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷基體的界(jie)面處(chu), 并(bing)與(yu)氧(yang)化鋁(lv)發生固相(xiang)反(fan)應, 形成低共熔相(xiang), 不僅改善(shan)了(le)碳纖(xian)(xian)維與(yu)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷基體的界(jie)面結(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)狀態, 而且促(cu)進了(le)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷基復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)的致密(mi)化。
0 引言
陶(tao)瓷(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)以其耐(nai)高(gao)溫、耐(nai)腐(fu)蝕、耐(nai)磨(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)(you)異特性(xing)(xing)(xing)而廣泛應用(yong)于(yu)航(hang)空(kong)航(hang)天、機(ji)械、電子及(ji)醫療衛(wei)生(sheng)等領(ling)域, 但(dan)脆性(xing)(xing)(xing)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)點限制(zhi)了其應用(yong)和(he)發(fa)展。為了改善陶(tao)瓷(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)脆性(xing)(xing)(xing), 諸(zhu)多陶(tao)瓷(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)技術應運而生(sheng), 如自增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)、顆粒增(zeng)(zeng)強(qiang)、晶須增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)及(ji)纖(xian)(xian)維增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)[1-4]等。在(zai)纖(xian)(xian)維增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)中, 碳(tan)纖(xian)(xian)維因其高(gao)比強(qiang)、熱(re)穩定性(xing)(xing)(xing)好、導電性(xing)(xing)(xing)等優(you)(you)點而常作(zuo)(zuo)為陶(tao)瓷(ci)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)(you)選材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)[5], 如用(yong)于(yu)航(hang)空(kong)航(hang)天的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)纖(xian)(xian)維增(zeng)(zeng)強(qiang)碳(tan)化硅陶(tao)瓷(ci)基(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)[6,7], 有效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)裂紋(wen)偏轉和(he)纖(xian)(xian)維拔出等能(neng)(neng)耗機(ji)制(zhi)可明顯提高(gao)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)斷裂韌(ren)(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing), 但(dan)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)制(zhi)備過(guo)程(cheng)中易與(yu)碳(tan)纖(xian)(xian)維發(fa)生(sheng)反(fan)應而使纖(xian)(xian)維與(yu)基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)結(jie)合(he)(he)(he)過(guo)強(qiang), 影響碳(tan)纖(xian)(xian)維的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)效果。而對于(yu)氧化鋁陶(tao)瓷(ci)來說, 其與(yu)碳(tan)纖(xian)(xian)維不會(hui)發(fa)生(sheng)任何反(fan)應, 但(dan)其與(yu)碳(tan)纖(xian)(xian)維的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)膨(peng)脹系數相(xiang)(xiang)差較大, 而使復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)結(jie)合(he)(he)(he)較弱, 載荷不能(neng)(neng)有效傳(chuan)遞, 纖(xian)(xian)維的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)作(zuo)(zuo)用(yong)不能(neng)(neng)有效發(fa)揮。界面(mian)(mian)作(zuo)(zuo)為復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)小區域, 其性(xing)(xing)(xing)質決定復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)整體(ti)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng), 因此, 適(shi)當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)結(jie)合(he)(he)(he)在(zai)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計中顯得尤為重要。本(ben)文(wen)通過(guo)在(zai)預(yu)制(zhi)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)混(hun)合(he)(he)(he)物中摻入復(fu)(fu)合(he)(he)(he)添(tian)加(jia)(jia)劑, 使其在(zai)燒結(jie)過(guo)程(cheng)中與(yu)氧化鋁發(fa)生(sheng)反(fan)應形成界面(mian)(mian)相(xiang)(xiang)來改善碳(tan)纖(xian)(xian)維與(yu)氧化鋁基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)結(jie)合(he)(he)(he), 本(ben)文(wen)主要研(yan)究復(fu)(fu)合(he)(he)(he)添(tian)加(jia)(jia)劑對Cf/氧化鋁陶(tao)瓷(ci)基(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)界面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)合(he)(he)(he)狀態和(he)界面(mian)(mian)成分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。
圖1 原材料的(de)形貌及成分分析
1 實驗材料及方法
1.1 原材料
實驗所(suo)(suo)(suo)用(yong)氧化(hua)鋁粉末為(wei)α-A12O3粉末, 密(mi)度3.96g/cm3, 其形貌(mao)如(ru)圖(tu)(tu)1 (a) 所(suo)(suo)(suo)示, 對α-A12O3粉末進行能(neng)(neng)譜分(fen)析, 分(fen)析結果(guo)如(ru)圖(tu)(tu)1 (b) 所(suo)(suo)(suo)示, 結果(guo)表明氧化(hua)鋁粉末純度較高, 約達(da)到99.8%。實驗所(suo)(suo)(suo)用(yong)的(de)碳纖(xian)維(wei)(wei)先驅體為(wei)聚丙烯腈預(yu)氧化(hua)纖(xian)維(wei)(wei) (PAN預(yu)氧絲) , 其形貌(mao)如(ru)圖(tu)(tu)1 (c) 所(suo)(suo)(suo)示, 密(mi)度1.4g/cm3, 能(neng)(neng)譜分(fen)析顯示 (圖(tu)(tu)1 (d) 所(suo)(suo)(suo)示) PAN預(yu)氧化(hua)纖(xian)維(wei)(wei)中除了(le)C, 還含有13.04 wt/%的(de)O。實驗所(suo)(suo)(suo)用(yong)的(de)復合(he)添加劑選擇(ze)Ca O、Mg O和Si O2三種氧化(hua)物(wu)的(de)混合(he)物(wu)。
1.2 復合材料的制備及表征(zheng)
本實(shi)驗采用(yong)(yong)熱(re)壓(ya)燒(shao)(shao)結技術制備Cf/氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶瓷(ci)基復(fu)合(he)材(cai)料(liao)。首先將(jiang)(jiang)短切的(de)PAN預(yu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)纖(xian)(xian)維 (3~5mm) 與(yu)復(fu)合(he)添(tian)加(jia)(jia)劑(ji)混(hun)合(he), 然后(hou)再與(yu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)粉(fen)末進行球(qiu)磨混(hun)合(he), 其中(zhong)PAN預(yu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)纖(xian)(xian)維含量為(wei)15~20wt%, 復(fu)合(he)添(tian)加(jia)(jia)劑(ji)含量為(wei)3wt%, 其余為(wei)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)粉(fen)末。將(jiang)(jiang)球(qiu)磨好的(de)混(hun)合(he)物放(fang)入(ru)(ru)石(shi)墨(mo)模具(ju)中(zhong)進行預(yu)壓(ya)成型, 然后(hou)一起放(fang)入(ru)(ru)真(zhen)空熱(re)壓(ya)燒(shao)(shao)結爐中(zhong)進行燒(shao)(shao)結, 燒(shao)(shao)結溫(wen)度(du)為(wei)1700℃, 升溫(wen)速率為(wei)8~10℃/min, 緩慢加(jia)(jia)壓(ya)至(zhi)(zhi)40MPa, 隨(sui)后(hou)保(bao)溫(wen)保(bao)壓(ya)120min并隨(sui)爐冷卻(que)至(zhi)(zhi)室溫(wen)。在相(xiang)同工藝條件(jian)下, 制備無復(fu)合(he)添(tian)加(jia)(jia)劑(ji)的(de)Cf/氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶瓷(ci)基復(fu)合(he)材(cai)料(liao)作為(wei)對(dui)(dui)比材(cai)料(liao)。依(yi)石(shi)墨(mo)模具(ju)形狀, 本實(shi)驗樣(yang)品(pin)尺(chi)寸(cun)為(wei)準25×5mm。采用(yong)(yong)Olympus光(guang)學金相(xiang)顯(xian)(xian)微鏡(jing)和Hitachi (日立) S-3400N掃描電子顯(xian)(xian)微鏡(jing) (SEM) 對(dui)(dui)試樣(yang)的(de)顯(xian)(xian)微組織(zhi)進行觀察, 并用(yong)(yong)掃描電鏡(jing)附帶的(de)oxford能譜分(fen)析儀(yi) (EDS) 對(dui)(dui)試樣(yang)進行成分(fen)分(fen)析。
圖2 陶瓷基(ji)復合(he)材(cai)料的顯微(wei)組織
圖(tu)3 陶瓷基復合材料界(jie)面處能(neng)譜點分(fen)析
圖4 摻入復合添(tian)加劑的(de)陶瓷基(ji)復合材料(liao)的(de)顯(xian)微(wei)組織
2 結果與討論
2.1 復合添加(jia)劑對陶瓷基(ji)復合材(cai)料顯(xian)微組織的(de)影響(xiang)
圖(tu)(tu)2為(wei)Cf/氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)復(fu)(fu)(fu)合(he)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顯(xian)微組織, 其(qi)中(zhong)(zhong)白亮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)條狀為(wei)燒結(jie)過程中(zhong)(zhong)轉(zhuan)化(hua)(hua)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei), 其(qi)他黑色(se)或灰黑色(se)區(qu)域為(wei)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)體(ti)(ti)。圖(tu)(tu)2 (a) 為(wei)無復(fu)(fu)(fu)合(he)添(tian)(tian)加(jia)劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cf/氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)復(fu)(fu)(fu)合(he)材料, 從圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)可(ke)以看(kan)到在(zai)碳(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)和(he)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)處存(cun)在(zai)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空隙(xi)(xi)(xi) (如(ru)圖(tu)(tu)2 (a) 中(zhong)(zhong)箭頭(tou)所(suo)指(zhi)位置(zhi)) , 說明(ming)纖(xian)(xian)維(wei)與(yu)(yu)基(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)結(jie)合(he)較(jiao)弱(ruo), 存(cun)在(zai)界面(mian)(mian)(mian)間隙(xi)(xi)(xi)。這(zhe)是由(you)于碳(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)潤濕性較(jiao)差, 同時碳(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)與(yu)(yu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)膨脹系(xi)數相(xiang)差太大[8], 因此碳(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)與(yu)(yu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)基(ji)(ji)體(ti)(ti)間存(cun)在(zai)較(jiao)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)間隙(xi)(xi)(xi)。而摻(chan)入(ru)(ru)復(fu)(fu)(fu)合(he)添(tian)(tian)加(jia)劑后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cf/氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)復(fu)(fu)(fu)合(he)材料 (如(ru)圖(tu)(tu)2 (b) 所(suo)示) 中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)與(yu)(yu)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)處無明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)間隙(xi)(xi)(xi), 說明(ming)摻(chan)入(ru)(ru)復(fu)(fu)(fu)合(he)添(tian)(tian)加(jia)劑后復(fu)(fu)(fu)合(he)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)結(jie)合(he)得(de)到改善(shan)。這(zhe)可(ke)能是由(you)于復(fu)(fu)(fu)合(he)添(tian)(tian)加(jia)劑在(zai)燒結(jie)過程中(zhong)(zhong)與(yu)(yu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)反應形(xing)成低熔點共熔物, 其(qi)較(jiao)早地形(xing)成液相(xiang)聚集于碳(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)與(yu)(yu)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)處形(xing)成界面(mian)(mian)(mian)相(xiang), 填充了(le)碳(tan)(tan)纖(xian)(xian)維(wei)與(yu)(yu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)基(ji)(ji)體(ti)(ti)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空隙(xi)(xi)(xi), 改善(shan)了(le)復(fu)(fu)(fu)合(he)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)結(jie)合(he)。
2.2 復合添加劑(ji)對陶瓷基復合材料界面處成分的影響
為了確定摻(chan)入復(fu)合添加劑后的(de)Cf/氧化鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷基(ji)復(fu)合材(cai)料界(jie)(jie)面(mian)相(xiang)(xiang)的(de)組(zu)成(cheng)(cheng), 對其(qi)進行能(neng)譜分(fen)析(xi)(xi), 分(fen)析(xi)(xi)界(jie)(jie)面(mian)處(chu)(chu)的(de)成(cheng)(cheng)分(fen)組(zu)成(cheng)(cheng), 分(fen)析(xi)(xi)結果如圖3所(suo)示(shi)。由(you)圖3可以(yi)看到, 碳纖維與(yu)陶(tao)(tao)瓷基(ji)體的(de)界(jie)(jie)面(mian)結合良好(hao), 無明顯(xian)的(de)空隙。在(zai)界(jie)(jie)面(mian)處(chu)(chu)選點 (譜圖4) 進行點分(fen)析(xi)(xi), 分(fen)析(xi)(xi)結果顯(xian)示(shi), 其(qi)主要(yao)元(yuan)素為C、O和(he)Al, 還含有少(shao)量Mg、Ca和(he)Si元(yuan)素, 其(qi)中C占(zhan)46.63wt%, Al占(zhan)36.77wt%, O占(zhan)15.19wt%, 其(qi)他元(yuan)素均小于1wt%。分(fen)析(xi)(xi)可知, 界(jie)(jie)面(mian)相(xiang)(xiang)的(de)組(zu)成(cheng)(cheng)可能(neng)主要(yao)為鋁(lv)鎂尖(jian)晶石相(xiang)(xiang) (Mg Al2O4) 和(he)鈣長石相(xiang)(xiang) (Ca Al2Si2O8) , 有研(yan)究[9]表明Mg O、Si O2和(he)Ca O均為液(ye)相(xiang)(xiang)型(xing)添加劑, 其(qi)在(zai)氧化鋁(lv)中的(de)溶解度很小, 主要(yao)聚集在(zai)晶界(jie)(jie)處(chu)(chu), 并與(yu)Al2O3發(fa)生固相(xiang)(xiang)反應, 形成(cheng)(cheng)Mg Al2O4和(he)Ca Al2Si2O8低共熔物(wu), 這些低共熔物(wu)熱(re)膨脹小[10], 且(qie)潤濕性好(hao), 因此其(qi)聚集在(zai)碳纖維與(yu)陶(tao)(tao)瓷基(ji)體的(de)界(jie)(jie)面(mian)處(chu)(chu)形成(cheng)(cheng)界(jie)(jie)面(mian)相(xiang)(xiang), 顯(xian)著改善陶(tao)(tao)瓷基(ji)復(fu)合材(cai)料的(de)界(jie)(jie)面(mian)狀(zhuang)態。
2.3 復合(he)(he)添加(jia)劑對陶瓷基復合(he)(he)材(cai)料界面結合(he)(he)狀態(tai)的(de)影響
為研究復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)添加(jia)劑(ji)(ji)對Cf/氧化鋁陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材料(liao)界(jie)(jie)面(mian)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)狀態的(de)(de)影響, 采取敲擊和(he)(he)壓(ya)痕法(fa)在(zai)摻入復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)添加(jia)劑(ji)(ji)的(de)(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材料(liao)表(biao)面(mian)預制裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)。圖4 (a) 為采用敲擊法(fa)預制裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材料(liao)顯(xian)微組織(zhi), 從(cong)圖中(zhong)(zhong)可以看到沿整(zheng)個裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)區域, 纖(xian)(xian)維(wei)在(zai)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)面(mian)上形(xing)成(cheng)明顯(xian)的(de)(de)完整(zheng)纖(xian)(xian)維(wei)橋(qiao)聯和(he)(he)較多的(de)(de)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)纖(xian)(xian)維(wei)拔出橋(qiao)聯, 說(shuo)明碳纖(xian)(xian)維(wei)與陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)體的(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)較好(hao)(hao), 有利于(yu)碳纖(xian)(xian)維(wei)充分(fen)發揮其增韌作(zuo)用。這是由于(yu)當(dang)(dang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)發生擴展(zhan)時(shi)(shi), 裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)遇到特定位向(xiang)和(he)(he)分(fen)布的(de)(de)碳纖(xian)(xian)維(wei), 難以偏轉只能(neng)(neng)沿著原(yuan)來的(de)(de)擴展(zhan)路徑繼續擴展(zhan), 當(dang)(dang)碳纖(xian)(xian)維(wei)與基(ji)(ji)體的(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)較好(hao)(hao)時(shi)(shi), 纖(xian)(xian)維(wei)即(ji)發生脫粘-拔出-斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie), 形(xing)成(cheng)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)纖(xian)(xian)維(wei)橋(qiao)聯, 消耗斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)能(neng)(neng), 增加(jia)了(le)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)繼續擴展(zhan)的(de)(de)驅動力, 有效阻礙(ai)了(le)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)擴展(zhan)[11]。圖4 (b) 為采用壓(ya)痕法(fa)預制裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)材料(liao)顯(xian)微組織(zhi), 從(cong)圖中(zhong)(zhong)可以看到沿菱形(xing)壓(ya)痕的(de)(de)四個角分(fen)別(bie)有裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan), 其中(zhong)(zhong)右側裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)到碳纖(xian)(xian)維(wei)與陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)體的(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)處發生了(le)偏轉 (如圖4 (b) 中(zhong)(zhong)箭頭所示部分(fen)) , 說(shuo)明碳纖(xian)(xian)維(wei)與陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)基(ji)(ji)體的(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)強(qiang)度適中(zhong)(zhong), 當(dang)(dang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)到界(jie)(jie)面(mian)時(shi)(shi), 裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)將發生偏轉, 造成(cheng)界(jie)(jie)面(mian)脫粘和(he)(he)滑移, 偏轉后(hou)的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)具有更大的(de)(de)表(biao)面(mian)積(ji)和(he)(he)表(biao)面(mian)能(neng)(neng), 可以吸(xi)收(shou)更多的(de)(de)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)功(gong), 從(cong)而起到增韌的(de)(de)作(zuo)用[12]。
3 結論
采用(yong)熱壓燒(shao)結技術制備了(le)摻入(ru)復(fu)合(he)(he)添加劑的(de)(de)Cf/氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶瓷基(ji)(ji)復(fu)合(he)(he)材(cai)料, 在(zai)本(ben)實驗條件下(xia), 摻入(ru)的(de)(de)復(fu)合(he)(he)添加劑在(zai)燒(shao)結過程中聚集于氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)晶粒的(de)(de)晶界處和(he)碳纖(xian)維與陶瓷基(ji)(ji)體(ti)的(de)(de)界面(mian)(mian)處, 并與氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)發生(sheng)固相(xiang)反應, 形成低共熔相(xiang), 不僅改善了(le)PAN基(ji)(ji)碳纖(xian)維與陶瓷基(ji)(ji)體(ti)的(de)(de)界面(mian)(mian)結合(he)(he)狀態(tai), 而(er)且促進了(le)陶瓷基(ji)(ji)復(fu)合(he)(he)材(cai)料的(de)(de)致密(mi)化(hua)(hua)。對于界面(mian)(mian)得到改善的(de)(de)Cf/氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶瓷基(ji)(ji)復(fu)合(he)(he)材(cai)料, 當其發生(sheng)裂(lie)(lie)紋(wen)擴展時, 適當的(de)(de)界面(mian)(mian)結合(he)(he)強度使碳纖(xian)維能(neng)及時有(you)效地發揮脫(tuo)粘和(he)拔(ba)出能(neng)耗機(ji)制, 并能(neng)夠很好的(de)(de)發揮纖(xian)維橋聯和(he)裂(lie)(lie)紋(wen)偏轉(zhuan)的(de)(de)增韌機(ji)制, 有(you)效阻礙裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)繼(ji)續(xu)擴展, 有(you)利于提(ti)高Cf/氧(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶瓷基(ji)(ji)復(fu)合(he)(he)材(cai)料的(de)(de)性能(neng)。