反应烧结碳化硅陶瓷中碳化硼-碳纤维联合增强机制

摘要

反应烧结碳化硅是一种综合性能优良的结构材料，它具有低密度、高比强度、高硬度、热膨胀系数小以及成本低廉等特点，广泛被应用于国防、化工等领域。纳米炭黑作为碳源的传统反应烧结碳化硅陶瓷残硅量高、硅岛形态多,力学性能较低.为了减少残硅含量、细化组织,提高复合陶瓷材料的力学性能,选择具有高碳密度的短碳纤维,以及力学性能优异的细小碳化硼颗粒作为碳源和增强体来制备反应烧结碳化硅复合材料.研究了不同体积分数短碳纤维及碳化硼对复合陶瓷密度、微观结构和强韧性能的影响.结果表明:在温度为1600℃时,碳纤维完全反应,具有的高碳密度导致硅化过程中体积膨胀率大,减少了残硅体积分数;其通过扩散反应控制了残硅的分布-纤维状分布,抑制了硅岛形成.引入的碳化硼保证了渗硅充分性,其颗粒边缘区域与硅发生反应生成碳化硅和三元相,提供了部分碳源,试样断裂过程中碳化硼颗粒以颗粒拔出为主,导致裂纹扩展路径以及能量消耗增大,有助于提高基体强韧性能.当添加碳纤维体积分数为40％时,复合陶瓷强韧性能达到最高,分别达到465 MPa和7.5 MPa·m1/2.