【摘 要】
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碳/碳（C/C）复合材料由碳纤维增强体和热解碳基体组成,C/C复合材料在服役过程中,界面脱粘导致的崩块、崩裂现象频发,异性构件性能和尺寸的不稳定性等,针对目前C/C复合材料在苛刻服役条件下的损伤演化问题,本研究将界面设计引入到碳纤维预制体增强的C/C复合材料中以提高复合材料力学性能。本文采用化学接枝法,将氧化石墨烯（GO）界面接枝在官能团修饰的碳纤维上,利用GO较高的比表面积和丰富的官能团构建纳米
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碳/碳（C/C）复合材料由碳纤维增强体和热解碳基体组成,C/C复合材料在服役过程中,界面脱粘导致的崩块、崩裂现象频发,异性构件性能和尺寸的不稳定性等,针对目前C/C复合材料在苛刻服役条件下的损伤演化问题,本研究将界面设计引入到碳纤维预制体增强的C/C复合材料中以提高复合材料力学性能。本文采用化学接枝法,将氧化石墨烯（GO）界面接枝在官能团修饰的碳纤维上,利用GO较高的比表面积和丰富的官能团构建纳米纤维-碳纤维预制体,采用化学气相渗透致密化制备C/C复合材料。得出主要结论如下:研究GO界面引入对C/C复合材料基体微观结构的影响:GO引入后,C/C复合材料基体织构未出现多级分层结构,经PLM测得消光角在21±2°左右,结构为高织构热解碳。当GO的尺寸在一定范围内增加时,较纯C/C复合材料基体晶粒大,生长特性少,基体热解碳具有环形裂纹等相比,GO的引入改善了C/C复合材料基体微观结构,使基体明显细化,诱导生成大量的生长锥与晶界。继续增大GO的尺寸,GO在预制体内接枝含量下降,活性位点减少,对基体的诱导作用较小。相比于p H=1.5±0.5,p H=3.5±0.5接枝环境下GO-C/C复合材料GO富集区基体的石墨化程度提高更大,具有更小的（002）晶面间距d002值和更大堆垛高度Lc值,ID/IG比值减小,石墨烯平面大小La增大,GO-C/C复合材料的有序度提高。研究GO界面的引入对C/C复合材料力学性能的影响:对弯曲性能而言:GO的尺寸在一定范围内增大时提高C/C复合材料的弯曲性能,最高幅度约为29%和51%,而继续增大GO的尺寸则会导致C/C复合材料表观密度降低、开孔率增多,使C/C复合材料弯曲性能降低。GO界面的引入,使C/C复合材料的弯曲断裂脆性增大,这与高织构热解碳脆性大有关。对层间剪切性能而言:GO界面引入提高了C/C复合材料的层间剪切强度,最大提升幅度为55%和72%,GO引入提高了C/C复合材料的纤维/基体界面强度及基体的内聚力,使破坏性裂纹得以偏转。对面内压缩性能而言:GO界面的引入对C/C复合材料面内压缩强度提升幅度有限,仅当GO的尺寸为8-15μm时,C/C复合材料的面内压缩强度提高了27%和35%。相对于p H=1.5±0.5接枝环境下GO-C/C复合材料,p H=3.5±0.5接枝环境下GO-C/C复合材料对C/C复合材料力学性能的改善程度更加,仅当GO的尺寸在一定范围内增加时。较低p H值,碳纤维表面质子化现象严重,导致接枝不完全,基体组织结构改善程度较低。研究GO界面引入对C/C复合材料抗氧化性能的影响:GO界面的引入可改善C/C复合材料纤维/基体界面结合弱、基体组织微观结构缺陷多的特性,致使其抗氧化性能提高。对氧化性能而言:GO8-15μm-C/C复合材料的氧化失重率较纯C/C的40.22%提高了45%和51%。对热震性能而言:GO-C/C复合材料的抗热震性能较纯C/C提高了42%和38%,较p H=1.5±0.5接枝环境下GO-C/C复合材料,p H=1.5±0.5接枝环境GO-C/C复合材料的抗热震性能较高,C/C复合材料的基体缺陷增多,表观密度下降显著,开孔率增大,闭孔增多。
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