工藝參數對CVD制備熱解碳界面層厚度的影響

白龍騰，王 毅，楊曉輝

（西安航天動力研究所，陜西 西安710100）

0 引言

連續碳纖維增韌碳化硅基復合材料（carbon fiber reinforcement silicon carbide ceramic composite,C/SiC），因其具有高強、高模、高韌、低密度、抗氧化及高溫力學性能穩定等顯著優點，被廣泛應用于先進航空發動機熱端部件、航天推進系統和航天熱防護系統中[1-3]。同傳統陶瓷相比，C/SiC最大的優點在于具有較高的韌性，對裂紋不敏感，而C/SiC的韌性高低取決于纖維、基體和界面的性能以及纖維在基體中的分布情況。其中界面性能決定了纖維與基體結合的效果，并在很大程度上影響C/SiC的斷裂形式。纖維的增韌作用在于由此而產生的纖維脫粘、橋聯和拔出等能量耗損機制[4-5]。熱解碳層 (pyrolysis carbon,PyC)可以調整界面結合強度，通過脫粘、橋連和拔出等機制使裂紋偏轉、消耗能量，提高材料的斷裂功和斷裂韌性，已被成功用作C/SiC的界面層材料[6-7]，而化學氣相沉積工藝是制備PyC最為常見的工藝方法。

界面層特性不同時會影響其對纖維的保護以及界面結合、剪切強度等，從而影響C/SiC的力學性能[8-9]。因此，準確的工藝參數對制備具有合適特性的界面層顯得尤為重要。而界面層厚度是對C/SiC復合材料韌性影響顯著特性之一，根據C/SiC制備工藝的不同，需要不同的界面層厚度以避免界面反應，使纖維免受損傷，力學性能不降低[10-12]。然而，由于界面層和纖維熱膨脹系數的不同，界面層也會對纖維有一定的損傷，且這種損傷隨界面層厚度的增加而增加。因此，存在一個合適的界面層厚度，以獲得較高的材料強度。……