碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(Cf/Al復(fù)合材料)的比強(qiáng)度和比模量高、熱膨脹系數(shù)可設(shè)計(jì)、尺寸穩(wěn)定性高以及導(dǎo)熱和導(dǎo)電性良好,在許多領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景[1~4]

因?yàn)樘祭w維與鋁基體的潤(rùn)濕性較差,必須在高溫下復(fù)合改善Cf/Al界面的潤(rùn)濕性 但是,溫度過(guò)高會(huì)發(fā)生界面反應(yīng)生成大量的Al4C3相 Al4C3脆性大和易潮解,使Cf/Al界面損傷而降低復(fù)合材料的性能[5~7] 因此,很多研究者將碳纖維表面改性和使基體合金化,在改善碳纖維與鋁基體潤(rùn)濕性的同時(shí)避免了過(guò)度的界面反應(yīng)和纖維損傷[8~10] 同時(shí),降低復(fù)合材料的制備工藝溫度也是降低界面反應(yīng)和纖維損傷的有效手段 帥甜田等[11]采用熱壓擴(kuò)散法制備Cf/Al復(fù)合材料,在界面處只生成了少量的Al4C3

除了碳纖維表面改性、基體合金化和降低制備溫度可減少界面損傷,碳纖維微觀結(jié)構(gòu)也對(duì)界面損傷有較大的影響 目前對(duì)Cf/Al界面損傷的研究,主要集中在聚丙烯腈碳纖維(Cf PAN)復(fù)合材料 楊盛良等[12]研究了Cf/Al復(fù)合材料界面的微觀結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)T300/Al的反應(yīng)程度比M40J/Al高 趙昌正等[13]對(duì)比分析了T300、M40與HM石墨纖維,發(fā)現(xiàn)T300、M40與Al基體發(fā)生劇烈反應(yīng)的溫度約為500℃,而HM石墨纖維約為600℃ 與CfPAN相比,中間相瀝青基碳纖維(CfMP)石墨微晶的尺寸更大、取向度更高,纖維表面化學(xué)反應(yīng)惰性更大,可調(diào)節(jié)工藝制備出不同的微觀結(jié)構(gòu)[14~17] Takakazu Suzuki等[18]發(fā)現(xiàn),Cf/Al界面損傷及界面反應(yīng)活性因CfMP的微觀結(jié)構(gòu)的不同(隨機(jī)取向結(jié)構(gòu)、輻射結(jié)構(gòu)、洋蔥皮結(jié)構(gòu))而產(chǎn)生差異,調(diào)控CfMP的微觀結(jié)構(gòu)可制備出不同性能的Cf/Al復(fù)合材料 由于Cf MP微觀結(jié)構(gòu)與石墨化溫度密切相關(guān),在不同溫度石墨化可制備出不同微觀結(jié)構(gòu)和石墨化度的Cf MP,其與Al復(fù)合的界面損傷特征也有明顯的差異 因此,研究不同石墨化度的Cf/Al界面損傷特征對(duì)優(yōu)化復(fù)合材料的性能有重要的意義 本文調(diào)控石墨化處理溫度制備不同微觀結(jié)構(gòu)和石墨化度的CfMP,用磁控濺射和低溫?zé)崽幚碇苽銫f/Al損傷界面,研究CfMP微觀結(jié)構(gòu)及石墨化度對(duì)Cf/Al復(fù)合材料的界面反應(yīng)活性和碳纖維損傷影響,并揭示不同石墨化度Cf/Al界面的損傷機(jī)制

1 實(shí)驗(yàn)方法1.1 碳纖維表面鍍Al

實(shí)驗(yàn)用碳纖維為自制的1600℃高溫碳化Cf MP,用間歇式感應(yīng)石墨爐在無(wú)張力的條件下分別對(duì)其在2400℃、2700℃和3000℃進(jìn)行高溫?zé)崽幚?對(duì)應(yīng)的碳纖維樣品標(biāo)記為CfMP-24、CfMP-27和CfMP-30 選用T300為對(duì)照組,在400℃馬弗爐中預(yù)處理50 min去漿,編號(hào)為Cf PAN 纖維性能參數(shù)列于表1

Table 1

表1

表1碳纖維的性能參數(shù)

Table 1Properties of carbon fiber

Fiber	Diameter /μm	Density /g·cm-3	Tensile strength/GPa
CfMP-24	12	2.11	1.547
CfMP -27	12	2.15	2.538
CfMP -30	12	2.21	2.971
CfPAN	7	1.76	3.442

用磁控濺射法在碳纖維表面制備Al鍍層,其原理的示意圖如圖1所示 鍍Al時(shí),用高溫膠帶將碳纖維粘接在基板上 工藝參數(shù)為：靶基距6~8 cm；濺射功率400 W；濺射時(shí)間60 min；濺射氣壓0.8 Pa；高純氬氣氣氛；基板溫度為室溫；本底真空度為2×10-3

圖1



圖1磁控濺射原理的示意圖

Fig.1Principal diagram of magnetron sputtering

為了模擬Cf/Al低溫界面反應(yīng),將4種鍍層碳纖維置于管式爐中進(jìn)行熱處理,熱處理工藝為：溫度600℃,時(shí)間120 min,氣氛為高純氬氣

為了表征熱處理過(guò)程中碳纖維的損傷程度,用10%NaOH溶液除去熱處理后碳纖維表面的Al鍍層和反應(yīng)物Al4C3

1.2 性能表征

用TESCAN MAIA3場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)、鍍層碳纖維的形貌、熱處理后的形貌和碳纖維損傷形貌 用XploRA拉曼光譜儀測(cè)試碳纖維表面和截面的拉曼光譜 用D/Max-2550PC X射線衍射儀分析碳纖維的組成,用Cu靶材,垂直于入射光線放置纖維束,對(duì)4種碳纖維進(jìn)行赤道掃描、子午掃描、方位角掃描,得到碳纖維的XRD譜；使用瑪瑙研缽將碳纖維磨細(xì)并加入10%~20%的標(biāo)準(zhǔn)Si粉作為內(nèi)標(biāo),進(jìn)行粉末掃描得到粉末的衍射峰信息 將碳纖維用瑪瑙研缽磨細(xì)后置于無(wú)水乙醇中分散,用型號(hào)為T(mén)ecnaiG2 F20 S-TWIN的高分辨率電子透射顯微鏡(TEM)觀察碳纖維的石墨晶格條紋圖像 用XQ-1型纖維強(qiáng)伸度儀測(cè)定4種碳纖維處理前后的單絲強(qiáng)度,夾持長(zhǎng)度為20 mm,下降速率為2 mm/min 隨機(jī)取30種碳纖維樣本,剔除偏差較大的數(shù)據(jù)后得到碳纖維的單絲強(qiáng)度數(shù)據(jù),對(duì)比處理前后單絲的強(qiáng)度,計(jì)算出碳纖維的強(qiáng)度損失百分?jǐn)?shù)

2 結(jié)果和討論2.1 不同石墨化度碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)

圖2給出了碳纖維表面和截面的微觀形貌圖 由圖2a~f可見(jiàn),在不同溫度石墨化處理的CfMP表面都出現(xiàn)了沿纖維軸向的較淺溝槽；截面呈現(xiàn)輻射劈裂狀結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)形成的原因是,高溫處理纖維時(shí)輻射狀的石墨片層收縮,產(chǎn)生的應(yīng)力集中使其開(kāi)裂[19] 隨著石墨化處理溫度的提高,CfMP-24、CfMP-27和CfMP-30的劈裂角度依次增大,石墨片層尺寸變大使其結(jié)構(gòu)更加清晰 而CfPAN表面的溝槽更深,截面呈現(xiàn)致密的類(lèi)玻璃態(tài)結(jié)構(gòu),沒(méi)有明顯的石墨片層結(jié)構(gòu) 這表明,隨著石墨化處理溫度的提高,CfMP的石墨片層結(jié)構(gòu)越明顯,石墨化度提高 而CfPAN的石墨片層結(jié)構(gòu)不明顯,其石墨化度較低

圖2



圖2碳纖維CfMP-24表面、CfMP-24截面、CfMP-27-表面、CfMP-27截面、CfMP-30表面、CfMP-30截面、CfPAN表面以及CfPAN截面的SEM照片

Fig.2SEM photographs of surface of carbon fiber CfMP-24 (a), CfMP-27 (c), CfMP-30 (e), CfPAN (g) and transverse section of CfMP-24 (b), CfMP-27 (d), CfMP-30 (f), CfPAN (h)

碳纖維的拉曼光譜強(qiáng)度隨著拉曼位移的變化如圖3所示,拉曼光譜強(qiáng)度可表征其混亂度 可以看出,不同碳纖維的拉曼光譜中衍射峰的位置基本相同 1360 cm-1附近的D峰表征亂層石墨結(jié)構(gòu)的數(shù)量,是小微晶和低取向的體現(xiàn)；1580 cm-1附近的G峰表征C原子sp2雜化的面內(nèi)伸縮振動(dòng) 對(duì)比3種CfMP表面和截面拉曼圖譜(圖3b、d、f),明顯的G峰表明CfMP的有序結(jié)構(gòu)比重更大,推測(cè)其與CfMP石墨微晶的尺寸較大和取向度高有關(guān) 圖3給出了混亂度R值(ID/IG)的計(jì)算結(jié)果 可以看出,CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30的表面和截面的R值依次減小,表明隨著石墨化處理溫度的提高混亂度減小,石墨微晶的有序度提高 同時(shí),CfMP表面的R值小于截面的R值,表明表面的有序結(jié)構(gòu)比重更高 其原因是,CfMP紡絲時(shí)表面受到剪切作用而沿纖維軸向優(yōu)先取向,高溫?zé)崽幚砀资蛊涫?與CfMP相比,CfPAN的D峰和G峰面積近似,表明CfPAN的亂層結(jié)構(gòu)較多 其原因是,CfPAN的石墨微晶尺寸較小、取向度較低；同時(shí),CfPAN表面和截面的R值均大于CfMP,表明CfPAN的混亂度比CfMP的大,石墨微晶的有序度比CfMP低 此外,CfPAN的表面R值大于截面,可能與其“皮芯結(jié)構(gòu)”有關(guān)

圖3



圖3碳纖維表面和截面的拉曼光譜

Fig.3Raman spectrum of surface (a) and transverse section (b) of carbon fibers

為了進(jìn)一步分析碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)特征,對(duì)碳纖維進(jìn)行XRD赤道掃描、子午掃描、方位角掃描及粉末衍射(圖4) 由圖4a中的赤道掃描可以看出,CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30的(002)峰和(004)峰都較為明顯,表明3種CfMP的石墨微晶取向度較高,石墨片層尺寸較大,且晶面間距較小、堆疊致密；而CfPAN的(002)峰和(004)峰不明顯,表明CfPAN內(nèi)部為亂層石墨結(jié)構(gòu),石墨微晶取向度低、尺寸小且晶面間距較大

圖4



圖4碳纖維赤道掃描、子午掃描、方位角掃描以及粉末掃描的XRD譜

Fig.4XRD patterns of carbon fibers (a) equatorial scan; (b) meridional scan; (c) azimuthal scan; (d) powder diffraction

從圖4b中的子午掃描可見(jiàn),CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30的(100)峰和(101)峰逐漸清晰 這表明,隨著石墨化處理溫度的提高,其石墨微晶向著三維有序結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)；而CfPAN碳纖維沒(méi)有明顯的(100)峰以及(101)峰,因?yàn)镃fPAN較多的亂層石墨結(jié)構(gòu)使峰位寬化

根據(jù)圖4c中的方位角掃描可計(jì)算石墨片層沿纖維軸向的取向角Z 從表2可見(jiàn),隨著石墨化處理溫度的提高,CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30的取向角逐漸減小 這表明,這些碳纖維的石墨微晶逐漸沿纖維軸向排列,與赤道掃描給出的結(jié)論相符 與CfMP相比,CfPAN的取向角大,石墨微晶整體的取向度較低,進(jìn)一步表明CfPAN具有亂層石墨結(jié)構(gòu)

Table 2

表2

表2碳纖維石墨微晶結(jié)構(gòu)參數(shù)和石墨化度

Table 2Crystalline parameters and degree of graphitization of the different kinds of carbon fibers

Sample	2θ(002)/(°)	d(002)/nm	Lc(002)/nm	La(100)/nm	g/%	Z/(°)
CfMP-24	26.08	0.341389	17.203293	20.771460	30.361637	10.87
CfMP-27	26.32	0.338292	21.583032	31.159188	66.369292	9.18
CfMP-30	26.401	0.337310	24.28478	40.701324	77.785494	8.67
CfPAN	25.18	0.353337	2.243832	-	-	35.9

圖3d給出了碳纖維的粉末衍射譜,據(jù)此可計(jì)算出晶面間距(d002)、石墨微晶寬度(La)、石墨微晶厚度(Lc)和石墨化度(g),結(jié)果列于表2 由表2可見(jiàn),CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30的d(002)逐漸減小,La和Lc逐漸增大 這表明,隨著石墨化處理溫度的提高CfMP的晶面間距減小,石墨片層堆疊更加致密,石墨片層尺寸更大；由表2還可見(jiàn),隨著石墨化處理溫度的提高,CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30碳纖維的g值逐漸增大,與前文的結(jié)論一致 與CfMP相比,CfPAN的d(002)更大、La和Lc更小,且g值為負(fù)值而無(wú)法計(jì)算,表明CfPAN的石墨化程度非常低

圖5給出了4種碳纖維的高分辨率TEM顯微形貌照片 從圖5可見(jiàn),CfMP-24、CfMP-27和CfMP-30均為寬大的石墨晶格條紋結(jié)構(gòu),沿纖維軸向有序排列,石墨片層結(jié)構(gòu)呈各向異性 同時(shí),隨著石墨化處理溫度的提高石墨化度隨之提高,CfMP的石墨微晶厚度Lc逐漸增大 CfMP的TEM照片中Lc的尺寸與根據(jù)XRD譜測(cè)得的值有一定差異,前者偏大,而CfPAN的Lc尺寸與根據(jù)XRD譜計(jì)算處的數(shù)值相近 Qin等[20]也發(fā)現(xiàn),XRD與TEM表征結(jié)果有些不同 其原因是,XRD掃描的是碳纖維的全區(qū)結(jié)構(gòu),計(jì)算結(jié)果是一個(gè)平均值；而TEM只觀察微區(qū)結(jié)構(gòu),相應(yīng)的結(jié)果是微晶尺寸范圍內(nèi)的數(shù)值 但是,石墨微晶的尺寸與石墨化度的變化規(guī)律是一致的,即石墨微晶尺寸越大表明其石墨化程度越高

圖5



圖5碳纖維CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30以及CfPAN的HRTEM形貌

Fig.5HRTEM micrographs of carbon fibers (a) CfMP-24; (b) CfMP-27; (c) CfMP-30; (d) CfPAN

2.2 Cf/Al界面熱處理前后的微觀結(jié)構(gòu)

圖6給出了磁控濺射后Cf/Al界面的微觀形貌 由圖6a、c、e可見(jiàn),磁控濺射在CfMP表面沉積的Al膜,其厚度為0.8~1.0 μm,膜厚相近且均勻性和界面相容性較好 圖6b、d、f中CfMP表面鍍層的形貌表明,Al鍍層呈顆粒狀堆疊,鍍層的形貌基本相同,鍍層沿纖維軸向呈較淺的溝壑狀,可能與CfMP纖維表面固有的形貌有關(guān) 由此可見(jiàn),在不同石墨化度的CfMP表面的Al鍍層其特征基本相同 其原因是,磁控濺射為物理氣相沉積,鍍層在CfMP表面形成界面層后其后續(xù)沉積過(guò)程基本相近 這也表明,CfMP的表面狀態(tài)和結(jié)構(gòu)對(duì)磁控濺射Al鍍層沒(méi)有顯著的影響 從圖6g、h可見(jiàn),CfPAN的Al鍍層厚度與CfMP接近,鍍層的形貌也差別不大,只是CfPAN的溝壑更深 其原因是,CfPAN表面固有形貌的溝壑較深,磁控濺射鍍層繼承了這種形貌特征

圖6



圖6鍍Al碳纖維的微觀形貌

Fig.6Micromorphology of Al - coated carbon fiber: skin surface of CfMP-24 (a), CfMP-27 (c), CfMP-30 (e), CfPAN (g) and transverse section of CfMP-24 (b), CfMP-27 (d), CfMP-30 (f), CfPAN (h)

鍍Al碳纖維在600℃熱處理120 min后的表面和截面形貌,如圖7所示 從截面微觀形貌(圖7a、c、e)可以看出,熱處理后的Al鍍層與CfMP之間的界面仍然較為明顯,但是Al鍍層與碳纖維結(jié)合更加緊密 其原因是,在高溫下Al鍍層向CfMP表面有一定程度的擴(kuò)散；從表面微觀形貌(圖7b、d、f)可以看到,Al鍍層的顆粒有所長(zhǎng)大且出現(xiàn)擴(kuò)散粘接的跡象,溝壑狀形貌仍然明顯,比熱處理前稍顯光滑平整,這也與Al膜層與碳纖維在高溫下的熱擴(kuò)散相關(guān) 但是,這也保證了Al膜層與碳纖維的緊密接觸,為界面反應(yīng)提供了條件 從CfPAN/Al的截面和表面微觀形貌(圖7g、h)可見(jiàn),Al鍍層向CfPAN的擴(kuò)散明顯,界面結(jié)合緊密；Al形貌的變化與CfMP基本相同

圖7



圖7鍍Al碳纖維熱處理后的形貌

Fig.7Morphologies of Al coated carbon fibers after heated (a) skin surface of CfMP-24, (c) CfMP-27, (e) CfMP-30, (g) CfPAN and (b) transverse section of CfMP-24, (d) CfMP-27, (f) CfMP-30, (h) CfPAN

2.3 不同石墨化度碳纖維的損傷特征

CfMP與Al在550℃以上發(fā)生界面反應(yīng)產(chǎn)生Al4C3而使纖維損傷,且不同石墨化度CfMP的界面反應(yīng)和纖維損傷程度有所不同[13] 但是在溫度低于600℃時(shí)CfMP與Al界面反應(yīng)生成的Al4C3極少,XRD分析難以發(fā)現(xiàn)[11,21] 因此,為了分析不同石墨化度CfMP的損傷,用NaOH溶液去除其鍍層,觀察碳纖維表面損傷情況并結(jié)合強(qiáng)度深入分析其損傷 由圖8可見(jiàn),去除Al和Al4C3后不同石墨化度碳纖維表面均出現(xiàn)明顯的“凹坑”缺陷,可能是碳纖維與Al鍍層熱處理時(shí)發(fā)生界面反應(yīng)產(chǎn)生的表面損傷 從圖8a、b、c可見(jiàn),隨著石墨化度的提高CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30表面缺陷的幾何尺寸和數(shù)量隨之減小 這表明,CfMP/Al界面處產(chǎn)生的Al4C3數(shù)量也隨之減少,對(duì)CfMP造成的損傷也減小 與CfMP相比,CfPAN的表面損傷更為明顯(圖8d),形成的缺陷尺寸更大,數(shù)量更多 這表明,Cf/Al界面反應(yīng)程度及其對(duì)碳纖維的損傷與碳纖維石墨化度有關(guān) 隨著CfMP石墨化處理溫度的提高,其石墨化程度越高碳纖維表面C原子的活性越低,與Al反應(yīng)越困難 因此,CfMP/Al界面反應(yīng)程度越低則產(chǎn)生的缺陷越少,對(duì)CfMP的損傷就越??；而CfPAN的石墨化度較低,反應(yīng)活性比CfMP高,因此CfPAN/Al界面反應(yīng)程度較高

圖8



圖8碳纖維表面損傷的形貌

Fig.8Morphologies of damaged surface of carbon fibers (a) CfMP-24; (b) CfMP-27; (c) CfMP-30; (d) CfPAN

碳纖維表面損傷對(duì)強(qiáng)度也有影響 受力后表面損傷處容易形成“初始裂紋”,初始裂紋繼續(xù)受力后擴(kuò)展,從而使碳纖維的力學(xué)性能降低 表3列出了CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30、 CfPAN鍍層前與去鍍層后單絲強(qiáng)度的變化 由表3可見(jiàn),隨著石墨化度的提高CfMP-24、CfMP-27、CfMP-30強(qiáng)度損失逐漸減小,分別為8.27%、6.78%和1.23% 這表明,CfMP的石墨化程度越高則界面反應(yīng)程度越低,產(chǎn)生的表面缺陷越少,則其強(qiáng)度損失越小 與CfMP相比,CfPAN的損傷程度(3.08%)介于,CfMP-24和CfMP-27之間 形貌分析結(jié)果表明(圖8d),CfPAN的表面缺陷尺寸大,數(shù)量多,但是強(qiáng)度損失CfMP-24和CfMP-27比CfPAN高5.19%和3.70% 其原因是,CfPAN為亂層石墨結(jié)構(gòu),石墨微晶尺寸小,取向度低,在拉伸過(guò)程中缺陷產(chǎn)生的初始裂紋擴(kuò)展需要消耗更多能量 另一方面,隨著石墨化溫度的進(jìn)一步提高CfMP-30的石墨化度提高,界面反應(yīng)被極大地抑制,纖維表面缺陷的尺寸和數(shù)量大幅減小(圖8c),強(qiáng)度損失比CfPAN低1.85% 由此可見(jiàn),CfMP/Al界面損傷與纖維的石墨化度相關(guān),石墨化度越高則界面反應(yīng)活性越小,碳纖維的損傷就越小；與CfMP相比,CfPAN的亂層石墨結(jié)構(gòu)特征阻礙了初始裂紋在纖維內(nèi)的擴(kuò)展

Table 3

表3

表3碳纖維單絲強(qiáng)度的損失率

Table 3Strength loss of carbon fibers

Fiber	Heat treatment temperature/℃	Tensile strength/GPa		Strength loss percentage/%
		Before the coating treatment	After the coating removed
CfMP	1600	1.440	-	-
CfMP-24	2400	1.547	1.419	8.27
CfMP-27	2700	2.538	2.366	6.78
CfMP-24	3000	2.971	2.935	1.23
CfPAN	-	3.442	3.336	3.08

2.4 不同石墨化度Cf/Al界面損傷的機(jī)制

不同石墨化度Cf/Al的界面損傷機(jī)制,如圖9所示 隨著石墨化處理溫度的提高CfMP石墨晶體尺寸變大、取向度變高,石墨化度變高,因此CfMP/Al界面反應(yīng)活性位越少,產(chǎn)生的缺陷數(shù)量和尺寸越小,對(duì)碳纖維的損傷就越小(圖9a) 另一方面,纖維損傷決定于缺陷的數(shù)量和后續(xù)裂紋在碳纖維內(nèi)部的增殖和擴(kuò)展(圖9b) 雖然CfMP缺陷的尺寸和數(shù)量較小,但是石墨片層的尺寸大,取向度高,受力后缺陷處產(chǎn)生的初始裂紋容易沿石墨片層間快速擴(kuò)展增殖,造成纖維損傷 而CfPAN石墨微晶的尺寸小,取向度差,雖然數(shù)量較多但是初始裂紋擴(kuò)展時(shí)易發(fā)生偏移且要克服C-C共價(jià)鍵,因此擴(kuò)展阻力大 這表明,CfMP-24、CfMP-27與CfPAN相比,CfMP的大石墨片層結(jié)構(gòu)對(duì)碳纖維的損傷的影響占主導(dǎo)地位,在受力過(guò)程中易使裂紋擴(kuò)展而失效,而CfPAN的亂層石墨結(jié)構(gòu)阻礙裂紋擴(kuò)展,因此損傷??；而CfMP-30石墨的惰性很高,界面反應(yīng)產(chǎn)生的缺陷很少,因此纖維強(qiáng)度損失最小

圖9



圖9石墨化度對(duì)界面反應(yīng)活性的影響機(jī)制和拉伸斷裂過(guò)程中碳纖維微觀結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響機(jī)制

Fig.9Interfacial damage influence mechanism (a) mechanism of effect of graphitization degree on interfacial reactivity; (b) influence mechanism of carbon fiber microstructure on crack propagation during tensile fracture

3 結(jié)論

(1) 隨著石墨化處理溫度的提高,CfMP石墨微晶的尺寸增大、取向度和石墨化度提高 石墨化度越高的CfMP表面碳原子的化學(xué)惰性越強(qiáng),界面反應(yīng)活性越低,碳纖維表面的損傷越小

(2) 纖維損傷決定于界面反應(yīng)產(chǎn)生的缺陷數(shù)量和裂紋在碳纖維內(nèi)部的增殖和擴(kuò)展 CfMP的缺陷尺寸小和數(shù)量較少,但是石墨片層的尺寸大、取向度高,初始裂紋容易沿著石墨片層間快速擴(kuò)展和增殖,使纖維損傷 而CfPAN石墨的微晶尺寸小,取向度低,雖然缺陷數(shù)量較多但是初始裂紋擴(kuò)展時(shí)易發(fā)生偏移,需要克服C-C共價(jià)鍵,因此擴(kuò)展的阻力較大

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