短碳纤维增强低残硅反应烧结碳化硼/碳化硅复合陶瓷

"低残硅含量反应烧结碳化硼/碳化硅复合陶瓷制备与性能研究" 本文详细探讨了如何通过引入短碳纤维来提升碳化硼/碳化硅复合陶瓷的机械性能。研究由宋索成、鲍崇高和王可可等人完成，并得到了博士点基金和国家自然科学基金的支持。该研究的核心是利用碳纤维的特殊结构，以降低残余硅含量并优化材料的综合性能。 在复合陶瓷的制备过程中，碳纤维的自搭建结构起到了关键作用。这种互相贯穿的网络结构促进了硅的渗透，使得硅能够更充分地填充到复合材料内部。当碳纤维的体积分数控制在30%以内时，碳纤维可以完全参与反应，从而将残硅量降至4.5体积%，同时提高了材料的强度，达到473MPa。然而，当碳纤维的体积分数增加到40%时，部分未反应的碳纤维会存在，它们可能部分硅化，虽然降低了材料的整体强度，但却增加了材料的断裂韧性，达到了5.8MPa•m1/2。 在微观组织结构上，研究发现出现了两种核壳结构：一种是原碳化硅转化为次生碳化硅，另一种是碳化硼与硼、碳、硅三元相的结合。碳化硼作为颗粒增强体，不仅提升了材料的强度，还促进了硅的渗透，有效地降低了残硅含量，对复合陶瓷的机械性能产生了积极影响。 关键词：碳纤维、低残硅量、核壳结构、机械性能 这一研究的成果对于理解和改进高性能复合陶瓷的制备工艺具有重要意义，尤其是对于那些需要在高温、高应力环境下使用的应用，如航空航天、军事防御和能源领域。通过调整碳纤维的含量和控制反应烧结条件，可以定制出具有不同性能特性的碳化硼/碳化硅复合陶瓷，满足各种工程需求。同时，这种复合材料的优化设计也为未来的复合陶瓷材料研究提供了新的思路和技术参考。