《碳基複合材料表面金屬化及界面結合強化機制研究》是依託昆明理工大學，由劉意春擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：碳基複合材料表面金屬化及界面結合強化機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉意春
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳基複合材料因其輕質、高強等優異性能而具有廣闊的套用前景，與金屬的可靠連線是擴大其套用範圍的關鍵和難點。針對常規連線所存在的微觀界面結合不緊密、界面熱膨脹不匹配以及結合強度低等問題，提出對碳基複合材料進行表面金屬化作為連線過渡層的解決思路並擬採用電沉積法實現表面金屬化及對界面問題進行系統研究：利用電沉積的工藝特點並引入超聲攪拌作用及空化效應，促進電沉積溶液對複合材料表面疏鬆結構的浸潤以及溶質離子的傳質過程，以獲得微觀程度緊密接觸的結合界面；選擇低膨脹合金體系作為表面金屬層，以滿足界面熱匹配及減小熱應力的要求；探討活性金屬元素的共沉積工藝及界面反應機制，通過控制活性元素含量及分布並通過後續熱處理以促進界面反應層的生成，實現界面冶金結合。在對界面微觀結構形貌、反應機制以及界面熱模擬等進行綜合研究的基礎上，揭示碳基複合材料表面金屬化的界面結合強化機制，為與金屬連線技術的發展提供技術與理論參考。
結題摘要
碳基複合材料因其輕質、高強等優異性能而具有廣闊的套用前景，與金屬的可靠連線是擴大其套用範圍的關鍵和難點。針對常規連線所存在的微觀界面結合不緊密、界面熱膨脹不匹配以及結合強度低等問題，提出對碳基複合材料進行表面金屬化作為連線過渡層的解決思路。本項目研究中，將碳材料的表面呈疏鬆多孔狀這一對界面結合不利的因素轉化為表面金屬化的有利因素，通過表面預處理並利用電沉積的工藝特點並引入超聲攪拌作用及空化效應，促進電沉積溶液對基底材料表面疏鬆結構的浸潤以及溶質離子的傳質過程，獲得了微觀程度緊密接觸的結合界面；並採用複合電沉積法實現了碳反應活性元素納米鈦顆粒的的共沉積，SEM形貌觀察及元素麵掃描均表明鈦顆粒在鍍層中的分布較為均勻，分析了界面反應熱力學並通過後續熱處理以促進界面相的生成，實現了界面剪下強度的顯著提升，最佳化電沉積工藝的界面剪下強度平均值為16.24MPa，相對於常規電沉積（4.92MPa）有顯著的提升；通過活性元素引入及後續熱處理生成界面反應相，界面結合強度可進一步提升至17.75MPa。結合界面強度變化及剪下斷口形貌等初步揭示了界面強化機制。本項目的研究，無論是在巨觀的異質材料連線方面，還是碳增強體與金屬的複合界面設計調控方面，都具有一定的參考價值。
