C/C复合材料不同碳基体的纳米压痕行为研究

目的研究碳基体微观结构对材料整体性能的影响。方法用酚醛浸渍-碳化、中温煤沥青浸渍-碳化、甲烷为碳源前驱体,经化学气相沉积制备得到不同碳基体C/C复合材料。采用偏光显微镜对C/C复合材料不同碳基体的显微结构进行观察分析,采用XRD和Raman光谱对C/C复合材料的树脂碳基体、沥青碳基体和热解碳基体的微晶尺寸进行表征,以玻璃碳作为参比样品,通过纳米压痕测试不同碳基体试样的弹性模量和硬度。结果碳基体为热解碳和沥青碳的石墨微晶缺陷少,完整度较好,石墨化程度高。玻璃碳和树脂碳基体中石墨微晶排列紊乱,有序度低,石墨化程度低。酚醛浸渍-碳化得到的树脂碳的微晶尺寸Lc最小,为1.69 nm,弹性模量和硬度最大,分别为(23.17±0.54) GPa和(3.26±0.10) GPa;光滑层热解碳和粗糙层热解碳的弹性模量和硬度次之;沥青碳的微晶尺寸最大,Lc为9.36nm,而弹性模量和硬度最小,分别为(12.53±2.29) GPa和(0.72±0.14) GPa。结论不同碳基体的C/C复合材料中,碳基体的石墨化度越高,微晶尺寸越大,各向异性越显著,材料的弹性模量和硬度越低。