炭纖維表面磁控濺射鍍碳膜對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響.pdf

1、近年來(lái)，磁控濺射技術(shù)以其低溫、高速的特點(diǎn)，在薄膜制備領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文將磁控濺射技術(shù)引入到炭纖維表面改性當(dāng)中，在炭纖維表面通過(guò)磁控濺射制備碳膜，研究在炭纖維表面磁控濺射鍍碳膜對(duì)炭纖維本體及復(fù)合材料界面性能的影響，這對(duì)于炭纖維表面改性方法的豐富和改性機(jī)理的深入探索具有重大的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　炭纖維由于直徑小、質(zhì)脆，在其表面制備的碳膜難于原位表征，故以單晶硅為媒介，研究磁控濺射鍍膜的工藝性。結(jié)果表明：濺射功率和靶基距是

2、影響鍍膜速率和成膜質(zhì)量的兩個(gè)重要工藝參數(shù)。濺射功率越大，靶基距越小，濺射速率越快。濺射功率增大，碳膜的納米硬度和模量增大，表面粗糙度增大。拉曼(Raman)光譜分析表明，濺射功率增大，碳膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，sp3雜化成分增加，晶體結(jié)構(gòu)更加完整。通過(guò)磁控濺射工藝參數(shù)的研究，確定最佳濺射條件為：濺射功率250w，靶基距4cm。
　　采用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜(XPS)對(duì)鍍膜前后炭纖維表面形貌和化

3、學(xué)狀態(tài)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：濺射時(shí)間增加，炭纖維表面溝槽加寬加深，碳粒子聚集形成的突起增多，表面粗糙度增加。XPS分析結(jié)果表明，鍍膜后炭纖維表面含氧官能團(tuán)含量較未鍍膜前大幅度降低，炭纖維表面新形成的碳層呈現(xiàn)化學(xué)惰性，與樹(shù)脂浸潤(rùn)性差。研究了碳膜厚度對(duì)炭纖維拉伸強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：采用磁控濺射在炭纖維表面沉積碳膜對(duì)炭纖維具有明顯的補(bǔ)強(qiáng)作用，炭纖維拉伸強(qiáng)度提高28.67％。Raman光譜分析表明：在炭纖維表面通過(guò)磁控濺射形成的碳膜，微晶尺寸增

4、大，石墨化程度提高，晶體結(jié)構(gòu)更加完整。
　　以環(huán)氧樹(shù)脂和聚酰亞胺樹(shù)脂為基體制備炭纖維微復(fù)合材料，研究了磁控濺射鍍膜對(duì)炭纖維復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度(IFSS)的影響，并利用SEM觀察復(fù)合材料界面剪切破壞斷口形貌，結(jié)果表明：鍍膜后，炭纖維復(fù)合材料IFSS降低，界面破壞模式為單純的界面破壞。
　　研究了對(duì)炭纖維表面進(jìn)行等離子體預(yù)處理后鍍膜對(duì)炭纖維復(fù)合材料IFSS的影響，結(jié)果表明：炭纖維經(jīng)過(guò)等離子體預(yù)處理后鍍膜，其復(fù)合材料IFSS比炭