C/C復合材料不同碳基體的納米壓痕行為研究

摘要：目的研究碳基體微觀結構對材料整體性能的影響。方法用酚醛浸漬-碳化、中溫煤瀝青浸漬-碳化、甲烷為碳源前驅體,經化學氣相沉積制備得到不同碳基體C/C復合材料。采用偏光顯微鏡對C/C復合材料不同碳基體的顯微結構進行觀察分析,采用XRD和Raman光譜對C/C復合材料的樹脂碳基體、瀝青碳基體和熱解碳基體的微晶尺寸進行表征,以玻璃碳作為參比樣品,通過納米壓痕測試不同碳基體試樣的彈性模量和硬度。結果碳基體為熱解碳和瀝青碳的石墨微晶缺陷少,完整度較好,石墨化程度高。玻璃碳和樹脂碳基體中石墨微晶排列紊亂,有序度低,石墨化程度低。酚醛浸漬-碳化得到的樹脂碳的微晶尺寸Lc最小,為1.69nm,彈性模量和硬度最大,分別為(23.17±0.54)GPa和(3.26±0.10)GPa;光滑層熱解碳和粗糙層熱解碳的彈性模量和硬度次之;瀝青碳的微晶尺寸最大,Lc為9.36nm,而彈性模量和硬度最小,分別為(12.53±2.29)GPa和(0.72±0.14)GPa。結論不同碳基體的C/C復合材料中,碳基體的石墨化度越高,微晶尺寸越大,各向異性越顯著,材料的彈性模量和硬度越低。