Sol-Gel法制备低密度C/SiOC陶瓷复合材料及其微观相结构

【作者】 师建军； 王筠； 杨云华； 冯志海； 孔磊； 余瑞莲； 左小彪；

【机构】 航天材料及工艺研究所先进复合材料技术重点实验室；

【摘要】 以硬质高孔隙率低密度短切碳纤维预成形体为增强骨架,小分子硅氧烷单体为溶胶-凝胶体系,通过浸渍-固化-裂解(PIP)工艺制备得到低密度C/SiOC陶瓷复合材料。经过三次PIP得到的C/SiOC陶瓷复合材料的密度为0.6g/cm~3左右。扫描电子显微镜观察结果显示复合材料中SiOC陶瓷和碳纤维界面结合良好,陶瓷基体均匀分散在碳纤维表面及碳纤维骨架孔隙中,短切碳纤表面被无机陶瓷完全浸润,微观的两相形态结构呈现出均一化的趋势。经过1200℃裂解后SiOC陶瓷主要以无定形态存在,元素分析显示SiOC陶瓷基体中Si、C、O元素的摩尔比例为15:55:30。经过1600℃退火处理1小时后,由于碳热反应的存在,C/SiOC陶瓷复合材料失重较为明显,达到50%,SiOC陶瓷基体由无定形态转化为β-SiC纳米晶,陶瓷基体中O元素的摩尔含量由退火处理前的29%降到0%左右。经过退火处理后,复合材料的微观相形态结构发生变化,在碳纤维以及陶瓷基体表面析出大量的SiC纳米晶须和纳米晶粒,陶瓷基体变得疏松多孔,大量的SiC晶须和晶粒附着在碳纤维的表面。由于SiOC陶瓷中强烈的碳热反应,无机SiOC陶瓷中的O元素消耗大量的C元素,因此,增强体碳纤维表面的活化碳在碳热反应的作用下也发生一定的化学反应。表现为碳纤维表面被轻微腐蚀,C/SiOC陶瓷复合材料机械强度下降,但碳纤维预成形体的整体骨架未被破坏。更多还原