熔融盐法原位合成Ta-TaC复合涂层增强短切碳纤维/铝基复合材料的界面调控与性能提升

【编辑推荐】针对液态铝与碳纤维(Cf)润湿性差、易形成脆性Al4C3界面相的行业难题，研究人员通过熔融盐法在Cf表面原位合成Ta-TaC复合涂层，系统探究了反应温度（950-1000°C关键窗口）对涂层形貌与性能的影响。该涂层通过纳米晶域和高位错密度结构实现高效应力传递，使T6热处理后的短切Cf/Al复合材料获得478 MPa抗拉强度和5.6%延伸率，为航空航天轻量化材料开发提供新思路。

　　

研究背景与行业痛点
在航空航天、军事装备等高端领域，轻量化与高强度始终是材料研发的核心命题。碳纤维(C_f)增强铝基复合材料(C_f/Al)因其"比钢轻、比铝强"的特性备受瞩目，却长期受困于两大"阿喀琉斯之踵"：一是液态铝与碳纤维如同油水难融，润湿性(wettability)差导致界面缺陷；二是高温下两者剧烈反应生成针状Al₄C₃脆性相，成为应力集中的"断裂导火索"。传统解决方案如化学镀镍、铜涂层虽能部分改善润湿性，但会引入金属间化合物；而CVD（化学气相沉积）、溶胶-凝胶法制备的陶瓷涂层又面临成本高、孔隙多等新问题。

创新方法与技术路线
西安科技大学研究团队独辟蹊径，采用熔融盐法在C_f表面构筑Ta-TaC复合涂层。以KCl-LiCl混合熔盐为介质，通过金属Ta粉与纤维表面碳的原位反应生成TaC，未反应的Ta则形成弥散强化相。研究通过调控900-1050°C反应温度窗口，结合XRD、TEM等表征手段，解析涂层形成机制；采用热压烧结制备复合材料，通过拉伸试验验证性能提升。

关键结果与发现

1. 温度窗口的黄金分割
   950-1000°C被确认为最佳反应区间，此条件下获得的Ta-TaC涂层厚度均匀（纳米级）、结晶度高，HRTEM显示Ta/TaC晶界通过高位错密度网络互联，形成"机械互锁"效应。

2. 双重防护机制
   涂层中TaC相通过热力学抑制Al₄C₃生成，而金属Ta相则像"柔性缓冲垫"缓解热失配应力。这种"刚柔并济"的结构使复合材料断裂伸长率提升至5.6%，远超常规C_f/Al材料（通常<3%）。

3. 性能突破
   T6热处理后，复合材料的抗拉强度达478 MPa，比未涂层体系提高约40%。断口分析显示纤维拔出长度均匀，证实界面结合强度显著优化。

行业启示与展望
该研究开创性地将熔融盐反应与界面工程相结合，其价值不仅在于性能数据突破，更提供了一种普适性思路：通过调控熔盐体系中金属/陶瓷相的协同生长，可精准设计复合材料界面结构。未来在钛基、镁基复合材料领域，该方法有望复制成功经验。论文中揭示的"溶解-扩散-成核"涂层形成机制，对开发新型高温防护涂层也具有重要参考价值。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加主观推断；专业术语如CVD、HRTEM等均按原文格式保留大小写及标号）