(1.中国科学院上海砝酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点三类SiC(f)/SiC复合材料的SEM断口形貌中可以清晰地看到:无纤维表面涂层的SiC(f)/SiC复合材料断口表面基本上不存在纤维的拔出现象,而具有纤维表面涂层的SiC(f)/SiC复合材料断口表面存在大量的SiC纤维拔出,从纤维拔出的长度来看,引入碳涂层的效果优于引入氮化砸涂层。
众所周知,陶瓷基复合材料中纤维与复合材料的抗弯强度略有下降,而断裂韧性和断裂功大幅度提高。可以推断,三类SiC(f)/SiC复合材料中纤维与基体间的结合强度有如下关系:无表面涂层>加BN涂层>加C涂层。
为了探讨纤维表面涂层在复合材料界面中的存在状态和精细显微结构,对三类SiC(f)/SiC基体间的界面结合状态对材料的力学行为具有至关重要的作用5,61.强的界面结合有利于基体将外界荷载有效地传递给补强纤维,使复合材料获得高强度,但对于材料断裂性的提高无明显作用。而弱的界面结合虽然不利于断裂过程中外界荷载从基体转移到纤维上,但能够使裂纹在纤维附近发生偏转,继而引发纤维同基体间的界面解离和纤维的断裂和拔出,从而使材料在断裂过程中以各种增货机制吸收外界能量,从SEM观察和表1的结果来看,C和BN涂层的引入大大弱化了原SiC(f)/SiC复合材料中较强的界面结合,造成SiC(f)/SiC复合材料的界面结构进行了透射电镜观察。从中所示的TEM形貌来看,除了Hi-Nicalon纤维表面的C或BN涂层外,三类复合材料在SiC沉积发生前均生成了一个新的界面层。
对于不含纤维涂层和有C涂层的SiC(f)/SiC而甯,其厚度为lSOnro左右;而含BN涂层的SLC⑴/SiC复合材料中新生成的界相厚度仅为50mn,进一步对SlC(f)/SiC复合材料中纤维表面的区域进行高分辨电镜观察(如所示)发现:新生成的羿面同纤维表面C涂层具有完全不同的粮细显撤结构。纤维表面C涂层基本上呈无定型态,而新生成的界面相具有较规整的两维层状结构,其晶格条纹面间距(fU3nm)同石墨相的d(002)晶面间距吻合得很好曾有报遒在CVI致密化过程中,特定的工艺条件会在SiC沉积反应发生前会生成少摄的碳界面层考虑到制备过程中具体的工艺参数和制备条件,我们认为新生成的界面相为具有层状结构的石墨相。故可将SiC(f)/SiC三类复合材料的界面结构归纳为我们推断:由于纤维表面C涂层和CVI过程中产生的石墨界面相间具有不同的桥细M敢结构,使得SiC(f)/SiC芨合材料中纤维与基体间的结合强度发生明显改变。当界面相为在CV制备工艺中产生的有序化程度较高的石溻层时。灯维与驻体问的结合强度很商,S合材料表现出明M的脆性断裂行为特征,一旦在SiC纤维表匝有无定型的碳涂层介入后,奸维与基体之间的结合强度明显降低。复合材料的断裂方式呈现出韧性断裂特征界面相晶化程度的差异可能是造成这一转变的m要原因下一步我们拟采用俄歇(ASer)能谱和原位纳米压疽技术研究在不同界面相组合的条件下,界面相的物理化学性对于SiC(f)/SiC复相陶瓷断裂行为的影响。
4结论采用化学气相没溃(CV1)工艺制备了具有不同界面构塑的SiCff>/SiC复相陶瓷,研究了纤维表面涂层对芨合材料力学性能和M微结构的影响结果发现;C或I3N纤维表面涂层引入后,ac(r)/siC复相陶瓷的坑弯强度硌有下降,但材料的断裂韧性和断裂攻分别提高了40%和47倍三类复合材料的荷载/形变助线及SEM观察表明:C戎BN表面涂层改变了SlC