EPD共沉积CNTs与SiCnws协同改性C/C复合材料的制备与强韧机制

基本信息
批准号:51802244
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:黎云玉
学科分类:
依托单位:西安工程大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:谢光银,王斌,赵小亮,盛翠红,郭晨,冯萌雨,李媛
关键词:
碳纳米管碳/碳复合材料界面设计碳化硅纳米线强韧机制
结项摘要

In order to tackle the problem of matrix annular cracks and fiber/matrix interface relaxation of C/C composites components with sharp corners and thin walls, thus, fully improve the integral properties of C/C composites, the multi-dimensional reinforcing structure based on carbon fibers with co-deposited of CNTs and SiCnws is proposed. The project plans to achieve the co-deposition of CNTs+SiCnws using EPD. The ‘macro-micro-nano’ compositive reinforcing system improves the properties of the C/C composite by introducing adjusted carbon fiber/matrix within pyrocarbon interface, such modified interface will optimize the structure by deflecting cracks. The project will study the controllable process of co-deposition of CNTs+SiCnws; the influence of the densification mechanism and microstructure of C/C composite after the introduction of CNTs+SiCnws; the design and optimization of interface; explore the influence of CNTs+SiCnws and interface to the macro-mechanical and micro-mechanical properties, stress distribution, the pattern of the interface binding and internal friction of the C/C composite; reveal the synergistic toughening mechanism of the carbon fiber-CNTs-SiCnws coupling inferface.The project will lay the foundation of advanced fabrication of C/C composite, develop and enrich the fabrication method, structural design and toughening mechanism.

针对碳/碳(C/C)复合材料尖角锐形、薄壁构件服役过程崩块、界面松弛开裂等频发现象衍生的性能制约难题,提出在碳纤维表面共沉积碳纳米管(CNTs)、碳化硅纳米线(SiCnws)构建多尺度增强体系,协同界面设计,全面提升C/C复合材料性能的新思路。本项目拟借助EPD(电泳沉积)方法实现CNTs+SiCnws的共沉积,“宏-微-纳”多尺度改善基体性能,拟利用热解碳界面层引入调控碳纤维/基体界面结合状态,通过优化界面层致裂纹偏转改善材料假塑性。系统研究EPD加载CNTs+SiCnws的可控掺杂工艺,界面层的设计与优化,探究CNTs+SiCnws与界面层引入对C/C复合材料致密化过程、基体微观组织结构和力学性能的影响规律,揭示碳纤维、CNTs、SiCnws的协同强韧机制。本项目研究结果将为先进C/C复合材料构件制备奠定基础,同时丰富和发展复合材料的制备方法、结构设计与强韧化理论。

项目摘要

本项目通过在碳纤维(CF)表面共沉积碳纳米管(CNTs)、碳化硅纳米线(SiCnws)实现“宏-微-纳”多尺度增强体系构建,旨在解决尖角锐形、薄壁C/C复合材料构件在服役过程中出现的崩块、界面松弛开裂等现象衍生的性能制约问题。借助电泳沉积(EPD)方法,通过对EPD过程中CNTs+SiCnws共混电泳液的浓度、成分配比、沉积电压和沉积形态等参数优化,获得了微纳米孔隙结构可调的CF/CNTs+SiCnws多尺度增强结构。通过致密化C/C复合材料工艺优化,提高了CH4气体分子在引入CNTs+SiCnws共沉积体系预制体内部扩散的均匀性,改善了热解碳(PyC)基体整体均匀度和致密化度,实现了CNTs+SiCnws增强C/C复合材料的快速致密化。在此基础上,通过CVI和化学接枝的方法,在CF表面引入不同织构、不同厚度PyC界面层和不同尺度氧化石墨烯(GO)界面层,进一步优化了CF/CNTs+SiCnws多尺度增强结构与PyC基体在微纳尺度上的界面结合。研究发现,CNTs+SiCnws多尺度增强结合界面改性,可有效提高C/C复合材料的失效应力和断裂韧性,避免了CNTs团聚造成的PyC结晶度下降从而造成界面层韧化效果失效的缺陷,同时在优化界面结合的前提下CNTs+SiCnws的混杂多层级分布使得对PyC基体的强化和韧化效果实现了协同,进而更好的实现了PyC基体强化和韧化的协同。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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