碳化硅纤维增强新型陶瓷基复合材料的结构控制与性能研究

本研究以航空航天飞行器发动机对高性能复合材料的迫切需求为应用目标，开展连续碳化硅纤维增强ZrC-SiC复相陶瓷基复合材料的研制和性能研究。通过化学气相沉积工艺制备BN界面层，深入研究沉积工艺对界面层组分、结构和应力状态的影响规律，揭示界面层的结构控制与复合材料力学性能之间的关联机制；以分子互溶的聚碳硅烷和聚碳锆烷为复相前驱体，采用加压熔融浸渍裂解工艺制备SiC-ZrC均匀弥散分布的复相基体，研究SiC/SiC-ZrC复合材料在1600℃以上高温高速含氧气流中的烧蚀机理，建立模拟发动机工作环境下的材料服役寿命预测模型，从而为先进航空航天飞行器的热结构材料选型提供理论和实际参考。

本研究以航空航天飞行器对高性能复合材料的迫切需求为应用目标，开展连续碳化硅纤维增强ZrC-SiC复相陶瓷基复合材料的研制和性能研究。.本项目按照计划书制定的研究方案开展了一系列的研究工作，首先以连续SiC纤维为增强纤维，采用本实验室自制的三氯环硼氮烷(TCB)为BN前驱体，通过化学气相沉积工艺在SiC纤维表面制备BN界面层，深入研究沉积工艺对BN界面层组分、结构和应力状态的影响规律，揭示BN界面层的结构控制与复合材料力学性能之间的关联机制；.以购买的聚碳硅烷(PCS)和本实验室自制的聚碳锆烷为前驱体，采用液相浸渍裂解工艺（PIP）制备出SiCf/SiC、SiCf/ZrC-SiC以及Cf/C-ZrC-SiC三种复合材料，对该复合材料的制备工艺、微观结构、力学性能和抗氧化性能进行了较系统的研究 。.为了进一步提高碳纤维或碳化硅纤维增强的复合材料的抗烧蚀温度，创新性地提出了在碳纤维或碳化硅纤维增强的复合材料表面通过热压烧结制备涂层的新思路，并针对材料、模具以及热压工艺参数设计了一系列方案。经过大量实验的优化和方案的调整，最终制得了高质量的反应性涂层。所制备带涂层的复合材料经过2500K、加水、600秒风洞考核后，整体结构完整，并开展了复合材料的抗烧蚀性能机理分析。.最后择以应用范围较广的飞机刹车材料为应用对象，制备了炭纤维增强炭-碳化锆-碳化硅(C/C-ZrC-SiC)复合材料刹车盘；进行了刹车盘试样的物相表征和微结构表征；测试了刹车盘试样的力学性能和刹车盘的摩擦磨损性能。结果优于传统C/C复合材料刹车盘和炭-陶双基体复合材料刹车盘。