碳短纤维一反应烧结硅碳棒复合材料
综上所述,添加适量硅碳棒晶须、纤维或多壁碳纳米管可有效提升反应烧结硅碳棒的常温力学性能,但同时复合材料的体积密度降低,游离硅含量增加,因此其高温力学性能可能受到损害。相较其他补强增韧添加剂,碳短纤维具有高碳含量的特点,一般情况下添加适量碳短纤维后,复合材料的游离硅含量降低,体积密度及力学性能均能得到协同提高。制备得到碳短纤维一反应烧结硅碳棒复合材料,研究发现:当碳短纤维添加量(司由10%增加至40%时,复合材料体积密度由2.98g·。m-3cm增加至3.04g·cm-3cm,残余硅含量(甲)由(44.514.2)%降低至(1.610.2)%。当添加30%(cp)碳短纤维时,复合材料的常温抗折强度最大,约为(482142)MPa,而当添加40%(cp)碳短纤维时,复合材料的常温断裂韧性最大,约(5.8210.37)MPa·mvz。
同样研究发现,当碳短纤维添加量(司由10%增加至30%时,反应烧结硅碳棒复合材料的体积密度逐渐增大,常温抗折强度由213MPa增加至416MPa,常温断裂韧性提升至5.1MPa·mvzm。与多壁碳纳米管相似,高温下碳短纤维极易与熔融硅发生反应,导致其结构发生演变。研究认为,碳短纤维发生硅化反应后表面生成致密硅碳棒层,并主要由纳米或微米硅碳棒颗粒构成,而纤维内部区域主要由C,C-Si和C-Si、等混合物组成。高温下碳纤维与熔融硅反应速率较快,表面快速生成致密硅碳棒层,并阻碍了纤维内部与熔融硅接触,导致其内部区域的硅化反应不完全,生成物主要为Si-C基团。由于Si-C基团具有高表面能,更易与混合酸溶液发生反应,因此试样经HF/HN03刻蚀后纤维形成管状结构。
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