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  纖維增強陶瓷基復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強、耐高溫等優(yōu)異性能，可以取代傳統(tǒng)的高溫合金作為高溫結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。在其制備降溫過程中，由于纖維與陶瓷基體之間熱膨脹系數(shù)失配，復(fù)合材料內(nèi)部界面往往會受到較大的熱應(yīng)力，進而導(dǎo)致其服役性能衰減。目前常規(guī)的解決方法為采用化學(xué)氣相沉積法在纖維表面引入裂解碳中間層來形成良好的應(yīng)力梯度，降低應(yīng)力損傷。然而，化學(xué)氣相沉積法耗能大，成本高，對裝備要求較高，因此，研發(fā)簡易高效的新型中間層制備工藝很有必要。

  中科院寧波材料所核能材料工程實驗室（籌）近期開發(fā)出一種易操作、低成本的制備裂解碳中間層的方法。該方法以酚醛樹脂為原料，通過浸漬裂解碳法在碳纖維表面均勻涂覆裂解碳層。與此同時，該方法還利用碳納米管增強中間層得到了新型的多層次碳化硅復(fù)合材料，揭示了不同納米、微米對復(fù)合材料力學(xué)性能以及微觀結(jié)構(gòu)的影響，復(fù)合材料中間層設(shè)計如圖所示。

碳纖維/裂解碳/碳化硅復(fù)合材料界面設(shè)計與結(jié)構(gòu)性能表征

  研究結(jié)果表明，當碳納米管引入至裂解碳中間層內(nèi)部時，碳纖維/裂解碳/碳化硅絲束復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂功與無碳納米管的復(fù)合材料相比皆有顯著提升，分別增加了54.9%和130.3%；同時，該復(fù)合材料拉伸樣品斷裂的微觀形貌顯示，所拉斷的纖維表面呈現(xiàn)出碳纖維/裂解碳、碳納米管/裂解碳以及裂解碳/基體等多種界面協(xié)同增韌的現(xiàn)象。上述研究揭示了該類復(fù)合材料性能提升的機理：在采用先驅(qū)體浸漬與裂解（PIP）工藝制備碳纖維增強碳化硅復(fù)合材料的過程中，當碳納米管存在于裂解碳/裂解碳界面時能起到界面潤滑的作用，減少由于碳纖維與裂解碳熱膨脹系數(shù)不匹配所導(dǎo)致的界面熱應(yīng)力，因此能提高強度；同時，碳納米管的存在，使得裂解碳中間層自身的增韌能力提高，增添了裂紋的擴展路徑，從而導(dǎo)致斷裂功的增大；而當碳納米管存在于碳纖維/裂解碳和裂解碳/基體兩種界面上時，相比不含碳納米管的復(fù)合材料而言，復(fù)合材料的強度以及斷裂功提升效果不明顯。該工作證明了纖維增強復(fù)合材料界面設(shè)計和雕空的重要性。

  該研究成果發(fā)表在碳材料領(lǐng)域的國際期刊《Carbon》上（Carbon. 2018, 129, 409-414.)。本研究得到了國家自然科學(xué)基金（91426304）以及中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項（XDA03010305）的資助。

  論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622317312502