基于磁控溅射C/C膜界面复合材料的制备

发布时间：2025-06-19 05:50

　　碳纤维增强树脂基复合材料因自身优异的性能,被广泛应用到了各大领域。但由于碳纤维表面光滑、浸润性差、呈化学惰性,导致碳纤维与基体之间的界面粘结强度低,影响了复合材料最佳力学性能的发挥,不能完全满足各大领域的应用需求。本文为使复合材料的界面粘结强度得到改善,采用磁控溅射技术在碳纤维表面沉积碳膜对其进行改性,探究磁控溅射工艺对碳膜结构及碳纤维增强复合材料力学性能的影响。首先以单晶硅为媒介,在硅片表面沉积碳膜,利用单因素分析法探究磁控溅射工艺对碳膜结构与性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、静态接触角测量仪对碳膜进行表征。结果表明:随着溅射功率的提高,碳膜厚度与表面粗糙度逐渐增大,致密性逐渐改善,静态接触角先增大后减小;随着溅射时间的延长,碳膜的厚度与表面粗糙度逐渐增加,均匀性在一定的溅射时间内逐渐改善,静态接触角在30 min时最小,浸润性最好;随着溅射压强的增大,碳膜厚度越来越小,表面粗糙度先增大后减小,致密性在过高的溅射压强下会变差,静态接触角先减小后增大。为了进一步改善碳膜的结构和性能,对碳膜进行热处理,探究热处理温度与时间对碳膜结构与浸润性的影响,结果表明:...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的与意义
    1.2 碳纤维表面改性方法
        1.2.1 涂层法
        1.2.2 阳极氧化法
        1.2.3 液相氧化法
        1.2.4 气相氧化法
        1.2.5 等离子体氧化法
        1.2.6 化学接枝法
        1.2.7 表面多尺度改性法
    1.3 磁控溅射镀膜技术
    1.4 复合材料的界面理论与结合类型
        1.4.1 复合材料的界面理论
        1.4.2 界面结合类型
    1.5 热处理对薄膜的影响研究
    1.6 本文研究的主要内容
        1.6.1 磁控溅射对碳膜结构性能的影响研宄
        1.6.2 碳膜结构与性能对复合材料性能的影响
        1.6.3 热处理工艺对界面膜及其复合材料的影响
第2章 试验方法
    2.1 实验材料与仪器
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验仪器
    2.2 磁控溅射系统
    2.3 碳膜的制备
        2.3.1 硅片表面清洗
        2.3.2 在硅片表面沉积碳膜
        2.3.3 碳纤维束表面沉积碳膜
        2.3.4 碳膜热处理
        2.3.5 碳纤维束复合材料的制备
    2.4 性能测试与表征
        2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)观察
        2.4.2 原子力显微镜(AFM)分析
        2.4.3 拉曼光谱分析
        2.4.4 浸润性测试
        2.4.5 力学性能测试
第3章 磁控溅射和热处理工艺对碳膜结构与性能的影响
    3.1 溅射功率对碳膜结构与性能的影响
        3.1.1 溅射功率对表面形貌与厚度的影响
        3.1.2 溅射功率对表面粗糙度的影响
        3.1.3 溅射功率对碳膜浸润性的影响
    3.2 溅射时间对碳膜结构与性能的影响
        3.2.1 溅射时间对碳膜表面形貌与厚度的影响
        3.2.2 溅射时间对碳膜表面粗糙度的影响
        3.2.3 溅射时间对碳膜浸润性的影响
    3.3 溅射压强对碳膜结构与性能的影响
        3.3.1 溅射压强对碳膜表面形貌与厚度的影响
        3.3.2 溅射压强对碳膜表面粗糙度的影响
        3.3.3 溅射压强对碳膜浸润性的影响
    3.4 热处理温度对碳膜结构与性能的影响
        3.4.1 不同热处理温度下碳膜SEM分析
        3.4.2 不同热处理温度下碳膜AFM分析
        3.4.3 不同热处理温度下碳膜的浸润性
    3.5 热处理时间对碳膜结构与性能的影响
        3.5.1 不同热处理时间下碳膜SEM分析
        3.5.2 不同热处理时间下碳膜AFM分析
        3.5.3 不同热处理时间下碳膜浸润性
    3.6 本章小结
第4章 磁控溅射与热处理工艺对复合材料力学性能的影响
    4.1 磁控溅射工艺对复合材料力学性能的影响
        4.1.1 磁控溅射工艺对复合材料抗拉强度的影响
        4.1.2 磁控溅射工艺对复合材料拉伸破坏模式的影响
        4.1.3 磁控溅射工艺对复合材料抗弯强度的影响
    4.2 热处理工艺对镀膜后碳纤维表面结构的影响
        4.2.1 不同热处理温度下拉曼光谱分析
        4.2.2 不同热处理时间下拉曼光谱分析
    4.3 热处理工艺对复合材料力学性能的影响
        4.3.1 热处理温度对复合材料力学性能的影响
        4.3.2 热处理时间对复合材料力学性能的影响
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：4050953