SiC/C纖維熱力學生長機理研究

楊凡凡，張 瑜，張 濤，王 健，趙 偉，李晉宇，王 坤，劉玉浩，郝桓民，范麗君，黃小蕭，溫廣武

(1.哈爾濱工業大學(威海)材料科學與工程學院，威海 264200；2.哈爾濱工業大學材料科學與工程學院，哈爾濱 150001；3.煙臺魯航炭材料科技有限公司，煙臺 262006；4.山東理工大學材料科學與工程學院，淄博 255049)

0 引 言

碳纖維(CFs) 是一種優異的碳材料，比強度是鋼的16倍以上，但密度僅為鋼的1/5左右[1]。碳纖維的彈性模量通常高于230 GPa，是鋼的彈性模量的1.8～2.6倍[2-4]，此外還具有低電阻率[5-6]、耐酸[7]、耐腐蝕、耐油、耐輻射[8]和良好的抗熱震性能[9]。自從20世紀60年代作為商品首次亮相以來，碳纖維作為一種受到廣泛關注的新材料，已迅速用于航空航天和民用工業等高科技領域[10-11]。然而，碳纖維高溫抗氧化性能弱[12-14]：當在溫度超過550 ℃的大氣氣氛下，碳纖維本身將迅速開始氧化[15-17]，失去其強化作用[18-19]。而SiC具有低的熱膨脹和耐高溫氧化性能[20-21]，能彌補碳纖維抗氧化性能的不足。此外SiC具有高機械強度、抗蠕變性能以及與陶瓷基體的相容性好等優異性能[22-24]，是理想的高溫耐燒蝕材料。

SiC纖維制備工藝較長，且成本較高。如果采用商品化的碳纖維作為核，通過涂敷硅溶膠，制備表面SiC涂層[25-27]，能夠滿足一些耐高溫燒蝕的應用環境。而硅溶膠與碳纖維的反應過程尚不明確，因此本文從熱力學角度對硅溶膠與碳纖維的反應階段、反應吉布斯自由能進行了計算，歸納了SiC涂層的生長模型，對制備殼核結構SiC/C纖維提供理論依據。

1 實 驗

1.1 原材料及設備

主要化學原料及試劑的各項相關信息如表1所示。……