王化中，楊 宇，夏莉紅，尹 成，朱學(xué)宏，豐雪帆，張福勤

(中南大學(xué)粉末冶金研究院，長(zhǎng)沙 410083)

0 引 言

碳/碳(C/C)復(fù)合材料由于具備很高的強(qiáng)度和模量、低的熱膨脹系數(shù)、較好的熱物性能和良好的韌性等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于航空航天、核能、工業(yè)制造等關(guān)鍵核心領(lǐng)域[1-4]。C/C復(fù)合材料一般是由兩部分構(gòu)成，分別為碳纖維預(yù)制體和熱解碳基體。一般采用化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)的致密化工藝對(duì)預(yù)制體增密，其過(guò)程為:碳源氣體(丙烯、甲烷、丙烷等)在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，裂解生成熱解碳，進(jìn)而填充到纖維與纖維束之間的孔隙，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，熱解碳圍繞纖維逐層形核生長(zhǎng)，最終經(jīng)多次致密化得到高密度的C/C復(fù)合材料[5-6]。通過(guò)CVD制備得到的基體碳，其組織結(jié)構(gòu)與制備過(guò)程中碳源氣體的濃度、沉積溫度、反應(yīng)系統(tǒng)的壓力等工藝參數(shù)有著密切聯(lián)系，其中裂解形成的熱解碳常呈現(xiàn)為粗糙層、光滑層、各向同性層三種組織結(jié)構(gòu)[7-11]。采用液相浸漬和CVD相結(jié)合的方法，可以克服雙方的缺點(diǎn)，制備得到高織構(gòu)的C/C復(fù)合材料。為了進(jìn)一步提高C/C復(fù)合材料的力學(xué)性能，研究學(xué)者們大多通過(guò)摻雜改性的方法來(lái)改善材料的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)材料力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。

BaTiO3熔點(diǎn)高達(dá)1 625 ℃，密度約為6.02 g/cm3。BaTiO3會(huì)隨著溫度的變化呈現(xiàn)出多種不同的結(jié)構(gòu)：在溫度高于熔融溫度點(diǎn)(1 460 ℃)時(shí)，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為六方晶相；當(dāng)溫度下降至居里溫度點(diǎn)(120 ℃)時(shí)，由之前的六方晶體向正交晶體轉(zhuǎn)變；當(dāng)溫度繼續(xù)下降至0 ℃時(shí)，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為三方晶相；當(dāng)溫度降低至-90 ℃時(shí)，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為三斜晶相。同時(shí)，BaTiO3具有納米尺度、良好的熱物性能、較高的強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，使其在材料應(yīng)用中成為了研究的熱點(diǎn)。通過(guò)近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，納米BaTiO3已被廣泛應(yīng)用在復(fù)合材料中，作為增強(qiáng)相來(lái)提高材料的力學(xué)性能,并取得了一定成效[12]。近期關(guān)于BaTiO3的研究熱點(diǎn)主要集中在納米BaTiO3摻雜對(duì)材料制備及其性能的影響[13]。但目前，納米BaTiO3材料的生產(chǎn)規(guī)模還相對(duì)較小，基于納米BaTiO3摻雜材料的力學(xué)性能還未得到系統(tǒng)的研究[14]。

本文以聚丙烯腈(PAN)基碳纖維無(wú)緯布和短切網(wǎng)胎纖維交互疊層針刺，通過(guò)摻雜不同含量的納米BaTiO3制備改性環(huán)形碳纖維預(yù)制體，然后采取CVD和液相浸漬相結(jié)合的方法，制備得到BaTiO3改性環(huán)形C/C復(fù)合材料，并探究BaTiO3含量變化對(duì)C/C復(fù)合材料力學(xué)性能的影響機(jī)制。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料及制備

采用PAN基碳纖維無(wú)緯布和短切網(wǎng)胎纖維交互疊層，在碳纖維鋪層上均勻噴灑不同含量的納米BaTiO3分散液，通過(guò)針刺技術(shù)，制備得到BaTiO3改性環(huán)形碳纖維預(yù)制體。圖1為BaTiO3粉末的實(shí)物和掃描電鏡(SEM)照片，圖2為預(yù)制體制備工藝圖。具體方法是:在預(yù)制體結(jié)構(gòu)制備過(guò)程中，使無(wú)緯布單向長(zhǎng)纖維沿軸向排列，短切網(wǎng)胎纖維方向隨機(jī)排列，然后使振蕩分散均勻的BaTiO3溶液均勻噴灑在無(wú)緯布層和網(wǎng)胎層，再將短切網(wǎng)胎纖維層和單向無(wú)緯布層相互交替鋪層，當(dāng)鋪層依次相互疊加到一定厚度時(shí)，采用針刺技術(shù)，沿Z軸把各鋪層串聯(lián)成一個(gè)整體，然后利用預(yù)制體輥筒設(shè)備制備得到BaTiO3改性環(huán)形碳纖維預(yù)制體。其中碳纖維選用神鷹T700級(jí)碳纖維，直徑約6～7 μm；BaTiO3為納米鈦酸鋇，純度≥99.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，顆粒直徑約500 nm，摻雜BaTiO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、5%、15%、25%、35%，為表述方便，全文中不同含量BaTiO3改性的C/C復(fù)合材料分別用符號(hào)C/C、BaTiO3-C/C5、BaTiO3-C/C15、BaTiO3-C/C25、BaTiO3-C/C35表示。

圖1 BaTiO3粉末的實(shí)物和SEM照片

圖2 預(yù)制體制備工藝圖

1.2 材料微觀結(jié)構(gòu)和形貌表征及性能測(cè)試

1.2.1 復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)和形貌表征

分別采用Leica MeF3A型金相偏光顯微鏡和Quanta FEG 250型掃描電子顯微鏡對(duì)BaTiO3改性C/C復(fù)合材料進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)及壓縮斷口形貌的觀察，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果探究其機(jī)理。

1.2.2 復(fù)合材料壓縮力學(xué)性能測(cè)試

復(fù)合材料的壓縮性能按照ASTMC695-81標(biāo)準(zhǔn)，在型號(hào)為Instron3369的材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)BaTiO3改性C/C復(fù)合材料進(jìn)行抗壓測(cè)試。其中，材料試樣統(tǒng)一加工為10 mm×10 mm×10 mm的正方體，力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的壓頭加載速率設(shè)定為0.5 mm/min，并同時(shí)收集載荷-位移曲線的數(shù)據(jù)，每組試樣從同一樣品取出，同一組試樣無(wú)區(qū)別，試樣數(shù)量不低于4個(gè)。該測(cè)試過(guò)程將分別在垂直和平行于樣品鋪層的兩個(gè)方向進(jìn)行，每個(gè)試樣受力方向如圖3所示，壓縮強(qiáng)度按公式(1)進(jìn)行計(jì)算，測(cè)試結(jié)果取同一組試樣的平均值。

圖3 復(fù)合材料壓縮性能壓力加載方向示意圖

(1)

式中：σ為壓縮強(qiáng)度，MPa；P為斷裂載荷，kN；S為被壓縮面的截面積，mm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈦酸鋇改性對(duì)復(fù)合材料致密化的影響

采用CVD和液相浸漬相結(jié)合的方法進(jìn)行致密化，制備得到BaTiO3改性C/C復(fù)合材料。對(duì)不同致密化時(shí)刻的樣品，采用阿基米德排水法進(jìn)行密度和孔隙率的測(cè)試，BaTiO3改性樣品參數(shù)如表1所示。

表1 BaTiO3改性樣品參數(shù)

圖4為不同BaTiO3含量復(fù)合材料CVD增密曲線。試驗(yàn)以丙烯為沉積熱解碳所需的碳源氣體，氮?dú)鉃橄♂寶怏w，在950～1 000 ℃的條件下進(jìn)行致密化。由圖4發(fā)現(xiàn)：在最初的CVD-1階段，增密速率最快；在CVD-2階段后，復(fù)合材料表面就出現(xiàn)了結(jié)殼，堵塞了氣體進(jìn)入內(nèi)部擴(kuò)散的通道，導(dǎo)致增密速率有所下降；在進(jìn)行CVD-3階段時(shí)，必須通過(guò)機(jī)加工除去材料外表面的結(jié)殼，清除堵塞氣體通道，以便于后續(xù)CVD-4過(guò)程的進(jìn)行，直至材料最終達(dá)到較高的致密化效果。由CVD增密曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著B(niǎo)aTiO3含量的增加，復(fù)合材料的增密速率越快，最終材料達(dá)到的致密化效果也越好。由于CVD增密后期速率較慢，增加了成本，因此，選用周期較短、增密速率較快的液相浸漬工藝作為補(bǔ)充。一般在CVD增密至1.4 g/cm3以上時(shí)，再采用液相浸漬工藝，這是因?yàn)镃/C復(fù)合材料在密度達(dá)到1.4 g/cm3時(shí)，材料的密度較高，即使經(jīng)過(guò)浸漬時(shí)的高壓作用，碳纖維結(jié)構(gòu)骨架也較難遭到破壞。

圖5為BaTiO3改性復(fù)合材料致密化機(jī)理圖。預(yù)制體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓柱狀主要是因?yàn)樵贑VD過(guò)程中可以采用微壓差和均熱法實(shí)現(xiàn)CVD工藝的高效制備。在CVD增密的初始階段，預(yù)制體內(nèi)存在大量的孔隙，由于孔隙數(shù)量多，尺寸大，此時(shí)的碳源氣體經(jīng)過(guò)預(yù)熱工裝的預(yù)熱處理后，達(dá)到材料樣品的沉積區(qū)域，此時(shí)利用微壓差法，可以實(shí)現(xiàn)氣體的快速擴(kuò)散，當(dāng)氣體進(jìn)入材料內(nèi)部，可以在纖維表面發(fā)生較為復(fù)雜的多相化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。隨著沉積的持續(xù)進(jìn)行，材料內(nèi)部的孔隙數(shù)量及尺寸逐漸減少，材料外表面的通道被熱解碳沉積堵塞，此時(shí)的碳源氣體不能及時(shí)送達(dá)材料的內(nèi)部，影響了增密效率，導(dǎo)致后續(xù)增密效率逐漸放緩。

圖5 BaTiO3改性復(fù)合材料致密化機(jī)理圖

添加BaTiO3后，材料在沉積初期就表現(xiàn)出較快的致密化速率。這主要因?yàn)樘砑拥募{米BaTiO3顆粒附著在碳纖維表面，此時(shí)的納米顆粒充當(dāng)沉積的活性質(zhì)點(diǎn)，顯著增加了碳源氣體裂解時(shí)附著的比表面積，BaTiO3含量越高，附著在纖維上的活性質(zhì)點(diǎn)越多，CVD過(guò)程的致密化速率越快。但隨著沉積過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，材料內(nèi)部的孔隙數(shù)量逐漸較少，尺寸也在減小，因此阻礙了氣體進(jìn)入材料內(nèi)部的通道，使得致密化速率逐漸減慢，這和圖4中CVD增密曲線圖的表現(xiàn)是一致的。

圖4 不同BaTiO3含量復(fù)合材料CVD增密曲線

2.2 鈦酸鋇改性對(duì)復(fù)合材料顯微組織結(jié)構(gòu)的影響

圖6為不同區(qū)域復(fù)合材料微觀形貌圖。由圖發(fā)現(xiàn)，未添加BaTiO3的纖維截面，熱解碳圍繞碳纖維外表面逐層生長(zhǎng)，層次性較為明顯，并且每層熱解碳的形狀呈現(xiàn)規(guī)則的圓環(huán)，表面光滑細(xì)膩。相鄰纖維之間先是在纖維表面沉積，當(dāng)熱解碳逐漸累積，多余的氣體會(huì)填充到孔隙，在孔隙處形核生長(zhǎng)到相互接觸時(shí)仍繼續(xù)向外擴(kuò)展，形成厚度更大的熱解碳，此時(shí)纖維和熱解碳之間的界面較為清晰。當(dāng)添加BaTiO3后，納米BaTiO3顆粒主要填充在碳纖維的外表面，熱解碳圍繞纖維生長(zhǎng)的同時(shí)也會(huì)圍繞BaTiO3團(tuán)聚體顆粒形核生長(zhǎng)，所以會(huì)在纖維表面生成不規(guī)則的、類似球形的熱解碳，使纖維和熱解碳兩者的界面不明顯。因?yàn)榍蛐螣峤馓嫉拇嬖?，誘導(dǎo)熱解碳生長(zhǎng)取向隨機(jī)，此時(shí)纖維截面的熱解碳不再是形狀規(guī)則的圓形，而呈現(xiàn)出凹凸不平、錯(cuò)落無(wú)序的形狀。

圖6 不同區(qū)域復(fù)合材料微觀形貌

圖7為不同BaTiO3含量復(fù)合材料金相照片。從低倍金相照片可以觀察到材料內(nèi)部碳纖維的排布方式、熱解碳形貌、孔隙大小及分布情況。無(wú)緯布長(zhǎng)纖維束緊密排列，孔隙較小，同時(shí)數(shù)量也較少，因此纖維束之間形成的熱解碳也較少，熱解碳很快形核生長(zhǎng)填滿內(nèi)部小孔隙，熱解碳相互接觸時(shí)，由于沒(méi)有熱解碳生長(zhǎng)的空間，所以最終形成扇形狀組織。而網(wǎng)胎纖維尺寸較短，蓬松分布，內(nèi)部孔隙較大，數(shù)量較多，此時(shí)的熱解碳可以生長(zhǎng)完全，很容易形核生長(zhǎng)成為較大的光滑的圓盤(pán)狀，這是典型的光滑層組織。

圖7 不同BaTiO3含量復(fù)合材料金相照片

當(dāng)引入BaTiO3后，由于BaTiO3在偏光下沒(méi)有光學(xué)特性，所以很容易區(qū)分BaTiO3與纖維和熱解碳。因?yàn)锽aTiO3在預(yù)制體摻雜時(shí)主要附著在纖維表面，沉積完成后，BaTiO3也是主要分布在纖維和熱解碳的界面處，在偏光下沒(méi)有光學(xué)特性的BaTiO3黯淡無(wú)光，BaTiO3的摻雜量越多，熱積碳和纖維界面處的暗色越明顯。隨著B(niǎo)aTiO3含量的增加，提高了熱解碳形核生長(zhǎng)活性質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量，同時(shí)誘導(dǎo)熱解碳無(wú)規(guī)則生長(zhǎng)形成球狀，改變了組織結(jié)構(gòu)，除了光滑的大圓盤(pán)組織外，還有少許呈現(xiàn)明顯的褶皺，組織粗糙且富有層次感，這種為典型的粗糙層結(jié)構(gòu)。

2.3 鈦酸鋇改性對(duì)復(fù)合材料垂直壓縮力學(xué)性能的影響

圖8為復(fù)合材料垂直壓縮強(qiáng)度圖。當(dāng)BaTiO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0%～15%時(shí)，復(fù)合材料的垂直壓縮強(qiáng)度并沒(méi)有得到明顯提升，與未摻雜時(shí)的強(qiáng)度幾乎相當(dāng)。當(dāng)BaTiO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度為118.5 MPa，此時(shí)的垂直壓縮強(qiáng)度有所提升，比未摻雜時(shí)高出16.4 MPa,但隨著B(niǎo)aTiO3摻雜量的增加，壓縮強(qiáng)度有下降的趨勢(shì)。這說(shuō)明納米BaTiO3的引入對(duì)復(fù)合材料的垂直壓縮強(qiáng)度產(chǎn)生了影響：引入量過(guò)少時(shí)，對(duì)基體的影響作用較小，強(qiáng)度幾乎不變；引入量過(guò)多時(shí)，多余的摻雜量對(duì)基體增強(qiáng)作用效果趨于飽和。

圖8 復(fù)合材料垂直壓縮強(qiáng)度

圖9為復(fù)合材料垂直壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖發(fā)現(xiàn)，試樣在受載初期，應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎呈規(guī)則的線性變化特征。當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)上升達(dá)到最大時(shí)，曲線在最高處發(fā)生陡降，表現(xiàn)出明顯的脆性斷裂特征。結(jié)果表明，BaTiO3的引入并沒(méi)有改變復(fù)合材料垂直壓縮的斷裂方式，均表現(xiàn)為脆性斷裂的特征。

圖9 復(fù)合材料垂直壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖10為復(fù)合材料垂直壓縮斷口形貌。根據(jù)斷口形貌可知，無(wú)緯布單層和網(wǎng)胎單層二者之間交替鋪層。當(dāng)引入少量的BaTiO3時(shí)，材料斷裂形態(tài)不平滑，并且在每個(gè)纖維單層的交接處存在明顯的缺陷，熱解碳在此處并沒(méi)有完全填充。當(dāng)材料受到載荷作用時(shí)，更容易在較大的孔隙中出現(xiàn)裂紋，然后繼續(xù)擴(kuò)大。在材料斷裂過(guò)程中，大量纖維被拉出。無(wú)緯布中長(zhǎng)纖維沿縱向有序排列，而網(wǎng)胎層中短纖維尺寸較小，松散分布，則進(jìn)行無(wú)序排列，由于纖維種類和排列方式的不同，材料內(nèi)部的孔隙大小和數(shù)量也不同，因此熱解碳的沉積量和分布也有較大不同。當(dāng)試樣斷裂后，斷口形貌可以很好地呈現(xiàn)出不同纖維單層之間的斷裂規(guī)律。當(dāng)BaTiO3摻雜量為25%時(shí)，斷口形貌較為平坦，層間邊界不明顯。這主要因?yàn)榇罅康募{米BaTiO3顆粒進(jìn)入各鋪層之間的間隙，在材料致密化過(guò)程中，摻雜的納米BaTiO3顆粒增加了熱解碳形核生長(zhǎng)的活性質(zhì)點(diǎn)，促進(jìn)了熱解碳的沉積。由于材料密度較高，脆性較大，當(dāng)材料受力破壞時(shí)，表現(xiàn)出典型的脆性斷裂。

圖10 復(fù)合材料垂直壓縮斷口形貌

2.4 鈦酸鋇改性對(duì)復(fù)合材料平行壓縮力學(xué)性能的影響

圖11為復(fù)合材料平行壓縮強(qiáng)度圖。由圖發(fā)現(xiàn)，當(dāng)BaTiO3含量為0%～15%時(shí)，復(fù)合材料的平行壓縮強(qiáng)度隨著B(niǎo)aTiO3含量的增加而增大，當(dāng)BaTiO3含量為15%時(shí)，平行壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大，為274.6 MPa，比未摻雜時(shí)高出19.5 MPa，當(dāng)BaTiO3摻雜量繼續(xù)增加時(shí)，強(qiáng)度反而下降。

圖11 復(fù)合材料平行壓縮強(qiáng)度

圖12為復(fù)合材料平行壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。試樣在受載初期，應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎呈線性增長(zhǎng)，當(dāng)壓縮載荷達(dá)到最大時(shí)，曲線在最高處發(fā)生陡降，材料斷裂方式表現(xiàn)為脆性斷裂。這是因?yàn)闊o(wú)緯布層和網(wǎng)胎層之間的結(jié)合力較弱，當(dāng)受到較大載荷作用時(shí)，無(wú)緯布層中的纖維發(fā)生較大的彎曲，內(nèi)部受力不均，從兩層之間的接觸面逐漸裂開(kāi)，最終完全斷裂。

圖12 復(fù)合材料平行壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖13為復(fù)合材料平行壓縮斷口形貌圖。由圖發(fā)現(xiàn)，材料斷裂后的形貌較為平整，有較為明顯的層間斷裂現(xiàn)象。這是因?yàn)榀B層針刺的過(guò)程中，纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)沿Z向有一定的損傷，鋪層之間較易產(chǎn)生碳纖維的分裂。另外，由于無(wú)緯布中纖維尺寸較長(zhǎng)，排列緊密，孔隙數(shù)量少且尺寸較小，因此無(wú)緯布纖維沉積的熱解碳較少。而網(wǎng)胎纖維較為疏松，內(nèi)部孔隙較大，纖維內(nèi)部可以沉積較多的熱解碳。因?yàn)槔w維和熱解碳含量不同，所以兩鋪層在共同承載載荷方面，能力也有較大差異。當(dāng)材料所受載荷逐漸增大時(shí)，裂紋一般會(huì)在鋪層的交界處產(chǎn)生并逐步擴(kuò)展，當(dāng)達(dá)到其中某一鋪層最大承受載荷時(shí)，鋪層之間會(huì)發(fā)生脫離，產(chǎn)生層間斷裂現(xiàn)象。

圖13 復(fù)合材料平行壓縮斷口形貌

當(dāng)引入BaTiO3時(shí)，由于無(wú)緯布纖維表面光滑且排列緊密，所以在碳纖維上噴灑BaTiO3溶液較易聚集成團(tuán)，進(jìn)而向纖維排列疏松的網(wǎng)胎層發(fā)生滑動(dòng)。這使得網(wǎng)胎單層BaTiO3摻雜量多于無(wú)緯布單層，使得各纖維鋪層的BaTiO3含量分布不均。BaTiO3在網(wǎng)胎層含量較多，熱解碳生長(zhǎng)形核的質(zhì)點(diǎn)較多，沉積速率較快，使材料內(nèi)部間隙縮小，結(jié)合力增大。由于無(wú)緯布層BaTiO3含量較少，熱解碳形核生長(zhǎng)較為困難，因此內(nèi)部結(jié)合力較弱，使得鋪層之間的結(jié)合力相差較大，很難達(dá)到受力平衡，當(dāng)較弱的無(wú)緯布層達(dá)到最大載荷時(shí)，材料立即發(fā)生斷裂，此時(shí)的斷裂方式為脆性斷裂。

2.5 鈦酸鋇改性對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響機(jī)理

圖14為復(fù)合材料壓縮斷裂機(jī)理圖。垂直壓縮和平行壓縮兩種斷裂方式均首先發(fā)生在材料的缺陷處，裂紋是其中的一種主要缺陷，大多分布在孔隙、鋪層之間、纖維排列不規(guī)則等處。裂紋是在預(yù)制體的制備、增密和使用過(guò)程中形成的，垂直和平行壓縮過(guò)程中，材料斷裂的過(guò)程均包括裂紋的形成和擴(kuò)展階段。在垂直壓縮過(guò)程中，受力方向垂直于鋪層，隨著受載強(qiáng)度的增加，斷裂過(guò)程首先使缺陷處損傷，在此處逐漸累積使得裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，導(dǎo)致基體變形，進(jìn)而使纖維與基體脫氈，大量纖維斷裂，最終出現(xiàn)纖維拔出的現(xiàn)象。在平行壓縮過(guò)程中，由于BaTiO3顆粒附著在纖維上，增加了熱解碳形核生長(zhǎng)的質(zhì)點(diǎn)，加快了致密化速率，使得纖維束之間的結(jié)合更加緊密，但無(wú)緯布層和網(wǎng)胎層之間的結(jié)合處，因?yàn)閮?nèi)部孔隙的存在，此處是最容易產(chǎn)生裂紋的地方。平行壓縮時(shí)的受力方向平行于各鋪層，裂紋首先在兩鋪層的交界處產(chǎn)生和擴(kuò)展，所以斷裂的過(guò)程呈現(xiàn)出層間和脆性斷裂的特征。

圖14 復(fù)合材料壓縮斷裂機(jī)理圖

3 結(jié) 論

(1)添加BaTiO3加快了熱解碳形核生長(zhǎng)的過(guò)程，增加了復(fù)合材料致密化速率，熱解碳也由單一的光滑層組織轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣瑢雍痛植趯觾煞N組織結(jié)構(gòu)。

(2)隨著B(niǎo)aTiO3含量的增加，復(fù)合材料垂直壓縮強(qiáng)度先基本不變后逐漸增大，之后又有下降的趨勢(shì)。當(dāng)BaTiO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，垂直壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大，為118.5 MPa，相比于未添加BaTiO3時(shí)高出16.4 MPa。BaTiO3的引入并沒(méi)有改變復(fù)合材料垂直壓縮斷裂方式，均為脆性斷裂。

(3)隨著B(niǎo)aTiO3含量的增加，復(fù)合材料平行壓縮強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)BaTiO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，平行壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大，為274.6 MPa，相比于未添加BaTiO3時(shí)高出19.5 MPa。復(fù)合材料平行壓縮斷裂方式為脆性斷裂，呈現(xiàn)出層間斷裂的特征。