短碳纤维增强反应烧结碳化硅复合陶瓷机理研究

摘要

以碳化硅粉末、纳米碳黑、短碳纤维为原料,采用模压成型、反应烧结法制备了力学性能优异的碳化硅复合陶瓷.对短碳纤维增强反应烧结碳化硅复合陶瓷的机理进行了研究.结果表明:纳米碳黑由于其更高的反应活性,有效的抑制了短碳纤维与硅的反应,碳纤维仅外层与硅反应生成β-SiC,少量硅通过扩散进入碳纤维内层,短碳纤维得到有效保护.纳米碳黑完全反应的同时,碳纤维作为部分碳源填充了更多坯体气孔,更多气孔被Si之外的相填充使得复合陶瓷烧结体的残硅体积分数由20％降至12％,且有效的抑制了硅岛的形成.材料断口形貌中可观察到纤维拔出、纤维脱粘、和大量细小β-SiC晶粒拔出.相比于传统的反应烧结碳化硅陶瓷,添加碳纤维的碳化硅复合陶瓷的断裂韧性由4.06 MPa·m1/2提升至5.11 MPa·m1/2;烧结体体积密度由3.04 g/cm3降低至2.98 g/cm3,弯曲强度由295 MPa提升至379MPa,碳化硅复合陶瓷的比强度提升了31％.