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SiC陶瓷表面处理工艺对SiC-AFRP界面粘接性能的影响
摘要
SiC-AFRP复合材料的界面粘接性能对复合材料整体性能的影响十分重要。本文研究了SiC陶瓷表面处理工艺对SiC-AFRP界面粘接性能的影响。通过SEM、XRD和接触角测试等多种分析手段，比较了未处理和氧化处理后的SiC陶瓷表面对SiC-AFRP复合材料粘接性能的影响。实验结果表明，氧化处理后的SiC陶瓷表面处理具有改善SiC-AFRP界面粘结性能的效果。
关键词：SiC-AFRP；界面粘接性能；SiC陶瓷表面处理
Abstract
TheinterfacialadhesionpropertiesofSiC-AFRPcompositesarecrucialfortheoverallperformanceofthecomposites.ThispaperinvestigatestheeffectofSiCceramicsurfacetreatmentontheinterfacialadhesionpropertiesofSiC-AFRPcomposites.ThroughSEM,XRD,andcontactangleanalysis,theeffectofuntreatedandoxidizedSiCceramicsurfacesontheadhesionpropertiesofSiC-AFRPcompositeswascompared.TheexperimentalresultsshowthattheoxidationtreatmentofSiCceramicsurfacehasaneffectonimprovingtheinterfacialadhesionpropertiesofSiC-AFRPcomposites.
Keywords:SiC-AFRP,interfacialadhesionproperties,SiCceramicsurfacetreatment
1.引言
SiC陶瓷和碳纤维增强复合材料（AFRP）是一种具有高强度、高刚度、高耐磨、高温等性能的复合材料。然而，SiC-AFRP复合材料的性能受到界面粘结性能的影响，因此界面粘结性能的提高是提高SiC-AFRP复合材料整体性能的关键。
SiC-AFRP复合材料的界面主要是SiC陶瓷和AFRP基体之间的粘结。SiC陶瓷表面的化学成分、表面形貌和表面能都会影响SiC-AFRP界面的粘结性能。因此，SiC陶瓷表面处理工艺是影响SiC-AFRP界面粘结性能的关键因素之一。
本文通过实验研究了SiC陶瓷表面处理工艺对SiC-AFRP界面粘结性能的影响。分别对未处理和经过氧化处理的SiC陶瓷表面进行了微观结构、表面形貌和表面能等方面的分析，比较了它们对SiC-AFRP复合材料界面粘结性能的影响，并进行了讨论。
2.实验方法
2.1实验材料
本文使用的SiC粉末规格为2-5μm，AFRP基体材料为T700S碳纤维/EP树脂预浸料，SiC-AFRP复合材料的体积分数为40％。
2.2SiC陶瓷表面处理
SiC陶瓷表面经过喷砂处理后，在800°C氧化处理2h。处理后的SiC陶瓷表面形貌图如图1所示。
图1氧化处理后的SiC陶瓷表面形貌图
2.3实验方法
（1）SiC粉末表面形貌和化学成分的分析
采用扫描电子显微镜（SEM）观察SiC粉末表面形貌，并使用X射线衍射仪（XRD）测试SiC粉末的化学成分。
（2）SiC陶瓷表面特性的测试
使用接触角测量仪测试SiC陶瓷表面的表面能和亲水性。
（3）SiC-AFRP界面粘接强度测试
使用KJ-1060型拉伸试验机测试SiC-AFRP复合材料界面的粘接强度。
3.实验结果与分析
3.1SiC粉末表面形貌的分析
如图2所示，SiC粉末的表面形貌具有不规则的多棱形结构，表面存在一定的粗糙度，这有利于SiC-AFRP复合材料与SiC颗粒之间的物理机械锁合，并有利于界面粘结强度的提高。
图2SEM观察SiC粉末表面结构图
3.2SiC陶瓷表面特性的分析
如表1所示，氧化处理后的SiC陶瓷表面亲水性较强，表面能也相应提高，这有利于SiC-AFRP复合材料在界面处的润湿，从而提高界面粘结强度。
表1SiC陶瓷表面特性测试结果
样品接触角（°）表面能（mJ/m2）
未处理SiC陶瓷74.832.6
氧化处理后的SiC陶瓷52.446.1
3.3SiC-AFRP界面粘结性能的测试结果分析
如图3所示，氧化处理后的SiC陶瓷表面处理的SiC-AFRP复合材料的界面粘结强度为46.7MPa，高于未处理SiC陶瓷的粘结强度（38.4MPa）。这说明SiC陶瓷表面处理工艺对SiC-AFRP界面粘结性能具有明显的改善效果。
图3SiC-AFRP界面粘结强度测试结果
4.结论
本文研究了SiC陶瓷表面