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  纖維增強陶瓷基復合材料具有輕質高強、耐高溫等優異性能，可以取代傳統的高溫合金作為高溫結構材料應用于航空航天領域。在其制備降溫過程中，由于纖維與陶瓷基體之間熱膨脹系數失配，復合材料內部界面往往會受到較大的熱應力，進而導致其服役性能衰減。目前常規的解決方法為采用化學氣相沉積法在纖維表面引入裂解碳中間層來形成良好的應力梯度，降低應力損傷。然而，化學氣相沉積法耗能大，成本高，對裝備要求較高，因此，研發簡易高效的新型中間層制備工藝很有必要。

  中科院寧波材料所核能材料工程實驗室（籌）近期開發出一種易操作、低成本的制備裂解碳中間層的方法。該方法以酚醛樹脂為原料，通過浸漬裂解碳法在碳纖維表面均勻涂覆裂解碳層。與此同時，該方法還利用碳納米管增強中間層得到了新型的多層次碳化硅復合材料，揭示了不同納米、微米對復合材料力學性能以及微觀結構的影響，復合材料中間層設計如圖所示。

碳纖維/裂解碳/碳化硅復合材料界面設計與結構性能表征

  研究結果表明，當碳納米管引入至裂解碳中間層內部時，碳纖維/裂解碳/碳化硅絲束復合材料的拉伸強度和斷裂功與無碳納米管的復合材料相比皆有顯著提升，分別增加了54.9%和130.3%；同時，該復合材料拉伸樣品斷裂的微觀形貌顯示，所拉斷的纖維表面呈現出碳纖維/裂解碳、碳納米管/裂解碳以及裂解碳/基體等多種界面協同增韌的現象。上述研究揭示了該類復合材料性能提升的機理：在采用先驅體浸漬與裂解（PIP）工藝制備碳纖維增強碳化硅復合材料的過程中，當碳納米管存在于裂解碳/裂解碳界面時能起到界面潤滑的作用，減少由于碳纖維與裂解碳熱膨脹系數不匹配所導致的界面熱應力，因此能提高強度；同時，碳納米管的存在，使得裂解碳中間層自身的增韌能力提高，增添了裂紋的擴展路徑，從而導致斷裂功的增大；而當碳納米管存在于碳纖維/裂解碳和裂解碳/基體兩種界面上時，相比不含碳納米管的復合材料而言，復合材料的強度以及斷裂功提升效果不明顯。該工作證明了纖維增強復合材料界面設計和雕空的重要性。

  該研究成果發表在碳材料領域的國際期刊《Carbon》上（Carbon. 2018, 129, 409-414.)。本研究得到了國家自然科學基金（91426304）以及中科院戰略先導科技專項（XDA03010305）的資助。

  論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622317312502