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C/C复合材料因其热力学性能优异被广泛用作航空材料,但其在高于450℃的有氧环境存在易氧化的缺点影响了其在高温领域应用。因此可以通过基体改性技术实现复合材料的整体抗氧化抗烧蚀,而且有效避免因涂层脱落而导致的性能突然失效,提高其可靠性。 本论文通过水热共沉积法制备C/C-ZrC-SiC复合材料,探究不同热处理温度、Zr/Si比和纤维表面构建ZrC界面层、原位生长SiCnws对C/C-ZrC-SiC复合材料力学与抗烧蚀性能的影响。结果如下: (1)通过水热共沉积法制备了C/C-ZrC-SiC复合材料,分析了不同热处理温度对于复合材料的物相、微观形貌、力学性能和抗烧蚀性能的影响。研究结果显示,水热共沉积法可以获得陶瓷颗粒粒度小并且Zr和Si均匀分布的C/C-ZrC-SiC复合材料。1600℃热处理的C/C-ZrC-SiC复合材料有最好的力学性能,可承受最大载荷154.5N,质量烧蚀率与线烧蚀率分别为1.28×10-4g·cm-2·s-1和1.67μm·s-1。 (2)通过水热共沉积法制备了不同Zr/Si比的C/C-ZrC-SiC复合材料,研究了不同Zr/Si比复合材料的力学与抗烧蚀性能。研究结果表明,Zr/Si摩尔比为2:1时,复合材料抗烧蚀性能最好,其质量烧蚀率为0.6×10-4g·cm-2·s-1,线烧蚀率为0.13μm·s-1。这是因为随着ZrO2含量的增加,ZrO2-SiO2二元体系的粘度呈指数增长,低Zr/Si比会导致烧蚀产物粘度低而易被吹散,引起耐烧蚀性差。高Zr/Si比将形成多孔并有脆性的氧化锆层,导致差的抗烧蚀性。最佳的Zr/Si配比平衡了烧蚀产物的粘度和流动性,氧化膜不仅致密而且还能承受强的火焰冲刷。 (3)通过微波水热结合碳热还原法成功在纤维表面构建了ZrC界面层,并经过水热共沉积制备了ZrC界面改性的C/C-Zr-Si-O复合材料,研究了复合材料的微观结构和抗烧蚀性能,分析了烧蚀过程中ZrC界面层的作用。研究结果表明:ZrC界面层有利于烧蚀期间保护纤维,C/C-Zr-Si-O复合材料质量烧蚀率为1.12×10-4g·cm-2·s-1,线性烧蚀率为0.46μm·s-1。 (4)通过以菜籽油为溶剂热介质的水热共沉积法制备原位生长SiC纳米线增韧C/C-ZrC-SiC复合材料,探究了SiC纳米线的生长机理及其对复合材料力学与抗烧蚀性能的影响。研究结果表明:通过以菜籽油为溶剂热介质可以构建SiC纳米线生长所需的CO气氛环境,有利于制备过程中SiC纳米线的生长,SiC纳米线通过气-固机理生长。SiC纳米线增韧C/C-ZrC-SiC复合材料可承受的最大弯曲载荷为202.93N,比无SiC纳米线的CZS-1样品提高了32.77%,其质量烧蚀率为3.22×10-4g·cm-2·s-1。SiC纳米线的引入有效避免复合材料出现烧蚀过渡层与未受热影响复合材料之间出现剥离现象,提高了复合材料的抗冲刷能力和抗热震性。