碳纤维补强氧化锆基复合材料的制备及其力学性能

摘要

浆料浸渍-热压法制备了单向碳纤维补强氧化锆基复合材料。研究了热压温度对复合材料的致密化及力学性能的影响，并分析了其断裂特征。当热压温度为1500℃时，复合材料平行丁碳纤维方向试样的抗弯强度利断裂韧性分别达到了588.0MPa和15.4MPa·ml/2,这主要归因于碳纤维的补强增韧作用。致密度随热压温度从1500℃上升到1650℃增加，但复合材料的力学性能反而降低。尤其是在1650℃，复合材料的抗弯强度和断裂韧性下降到173.2MPa和5.0 MPa·ml/2,呈脆性断裂模式。热力学计算和XRD物相分析结果表明：在1650℃下碳纤维与ZrO2基体发生化学反应生成了ZrC相。一方面，损伤了碳纤维的力学性能；另一方面，形成的化学结合导致了纤维/基体之间的强界面结合，因而造成了复合材料力学性能的恶化。