三种不同碳纤维的纳米压痕行为

张东生¹，李新涛²，夏汇浩¹，冯志海²，赵高文²，叶林凤¹

1. 中国科学院上海应用物理研究所2. 航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术重点实验室

摘 要：采用Raman光谱对三种不同碳纤维（K223HE、HTA40和T700SC）的微晶尺寸进行了表征,利用纳米压痕技术对三种碳纤维的横向弹性模量和硬度进行了测试,结合Weibull分布函数对碳纤维的横向弹性模量和硬度进行统计分析。结果表明,中间相沥青基碳纤维K223HE的微晶长度最大,为39.43nm±2.63nm,PAN基碳纤维HTA40和T700SC的微晶尺寸基本相同,分别为4.63nm±0.09nm和4.89nm±0.06nm。在纳米压痕载荷-深度曲线上,碳纤维K223HE的残余变形大（75.34nm±17.07nm）,压入功恢复率低（65.89%）。碳纤维HTA40、K223HE和T700SC的特征横向弹性模量为19.52GPa、11.99GPa和17.92GPa。三种碳纤维的横向弹性模量的Weibull分布模数分别为25.26、6.85和8.07,说明HTA40碳纤维的性能均匀性最好。碳纤维的纳米压痕行为的差异主要是由碳纤维中微晶的完整性、择优取向性的差异引起的。

关键词：碳纤维;Raman光谱;纳米压痕;横向弹性模量;Weibull分布;