功能化碳化硅基复合材料的界面调控与机理研究

本项目以功能化SiC基复合材料为研究对象，揭示其制备与性能调控的相关机理及界面效应基础性规律，实现复合材料电学、热学、力学、摩擦学等"结构-功能"性能的一体化协同改善。项目研究需要解决的关键科学问题主要包括界面相容性、界面空间电荷分布及复合材料导电机理等。而项目在界面调控基础理论、界面效应及其机理、界面效应计算机模拟等方面的研究具有创新性。通过界面设计与掺杂改性，调节SiC基复合材料界面成分与结构，重点研究界面空间电荷、复合材料导电、导热机理等。探讨界面区域"空穴-电子"偶极子分布状况及由此引起的界面区域局部内电场等界面效应。采用计算机模拟内电场分布状态及随温度变化规律，研究内电场作用下高温界面空间电荷状态，分析空间电荷（区）形成的原因、空间电荷密度影响因素、界面势垒、界面载流子扩散动力学过程,揭示界面结构对复合材料电学性能影响的基本规律；同时研究界面效应对复合材料热性能的影响规律。

以SiC为基体的复合材料有望成为新一代“结构/功能”一体化的高性能复合材料，并将在航空航天领域发挥重要的作用；通过粉体包裹工艺，实现SiC颗粒与Cu的均匀分散，改善其界面相容性；通过界面成分与结构的设计，对SiCp/Cu界面进行调控，实现SiC 基复合材料电学性能的调控。通过真空热压烧结实现复合材料致密化；分别用差热-热重分析仪、扫描电镜-能谱仪、X射线衍射仪对界面介质含量的相关试样的特性进行分析。结果显示：随着SiCp/Cu界面组分及界面层厚度的改变，SiCp/Cu 复合材料的致密度、维氏硬度均有所改变。在高温条件下，SiO2-K2O在SiC/Cu复合材料界面形成玻璃相。SiC复合材料在高温下出现界面空间电荷极化现象，出现不同的高温电阻变化特征。不同界面结构，空间电荷极化现象出现不同的变化规律，对应于不同的空间电荷极化起始温度、极化强度、温度范围和不同的高温电荷扩散机理。