化学气相渗透法制备2维和2.5维C/SiC复合材料及其拉伸性能(英文)

摘要

采用化学气相渗透法制备了2维和2.5维碳纤维增强碳化硅(carbon-fiber-reinforced silicon carbide,C/SiC)复合材料,沿经纱(纵向)和纬纱(横向)2个方向对2种复合材料进行了室温拉伸性能测试,并从预制体结构和原始缺陷分布的角度对比分析了两者力学性能之间的差异。结果表明:两种C/SiC复合材料均表现出明显的非线性力学行为,在经纱方向和纬纱方向上,2维C/SiC复合材料力学性能表现为各向同性,而2.5维C/SiC复合材料力学性能则表现出明显的各向异性:经纱方向上2.5维C/SiC复合材料的拉伸强度和拉伸模量(326MPa,153 GPa)均高于2维C/SiC复合材料的(245 MPa,96GPa),纬纱方向上的(145 MPa,62GPa)均低于2维C/SiC复合材料的(239MPa,90GPa)。两种复合材料的拉伸断裂行为均表现为典型的韧性断裂,并伴有大量的纤维拔出。两种复合材料中纱线断裂均呈现出多级台阶式断裂方式,但其断裂位置并不相同。2.5维C/SiC复合材料中由于经纱路径近似于正弦波,弯曲程度较大,在纱线交叉点处造成明显的应力集中,因此经纱多在纱线交叉点处断裂;而纬纱由于其路径近乎直线,应力集中现象不明显,因此纬纱断裂位置呈随机分布。2维C/SiC复合材料中经纱和纬纱由于其路径类似于2.5维C/SiC复合材料中的经纱,因此其断裂位置也多在纱线交叉点处。微观结构观察表明不同的编织结构是造成两种复合材料在不同方向上力学性能差异的主要原因。