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随着有氧高温领域应用需求的不断拓展,碳纤维陶瓷基复合材料以其优异的适应性和不可替代性正在越来越受到重视,碳纤维/碳化硅(Cf/SiC)复合材料是该类复合材料中典型的代表。Cf/SiC复合材料的制备一般采用先驱体转化法,通过碳纤维浸渍先驱体聚碳硅烷(PCS)后经交联固化和陶瓷化过程而制得。在Cf/SiC复合材料的制备与使用过程中,由于碳纤维与陶瓷的热物理性能不同以及界而处发生的化学反应,导致复合材料界面结构的破坏,性能受损。为减缓这种作用,Cf/SiC制备时常采用碳纤维表面涂覆游离碳的方法,但由此却带来复合材料性能的下降。因此设计一种合理的界而结构,成为该领域目前关注的热点。本论文设计采用同步预氧化-交联固化法,在PAN原丝阶段浸渍PCS,使其部分渗入PAN纤维表层,形成一定梯度结构,在PAN纤维预氧化碳化的同时,实现PCS的交联固化和陶瓷化。并对同步反应过程中PCS/PAN体系在高温处理下的结构演变进行了探究。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)、固体核磁碳谱(13C-NMR)、激光拉曼光谱(Raman)等表征手段测试了不同反应阶段的纤维样品,研究PAN纤维的预氧化及PCS的交联固化过程之间的相互影响,以及其对最终纤维性能的影响。取得的主要成果如下:1.提出了在碳纤维表层设计制备包括碳纤维与碳化硅成分结构、具有梯度特征的研究设想,通过聚丙烯腈(PAN)原丝浸渍聚硅碳烷(PCS)的方法,实现梯度结构的形成。2.PCS在不同气氛下交联固化的反应行为有所不同。在氮气气氛下,主要发生Si-H键加成和乙烯基自聚的反应;而在空气气氛下,还会发生Si-H键的氧化反应。引入相对交联度的概念来表征交联固化过程中Si-H键的反应程度。3.在含PCS的PAN纤维热稳定化(预氧化)过程中,PAN分子的极性基团会促进PCS的交联固化反应,使得PCS/PAN体系中PCS的相对交联度均大于纯PCS。在预氧化的前中期,对PCS相对交联度的促进程度逐渐增加,在第五温区相对交联度差值最大,达到10.60%;在预氧化后期,PCS的交联固化程度增加幅度减缓。4.PCS对体系中PAN大分子环化反应会起到促进作用,预氧化各阶段的相对环化率较之未浸渍的PAN纤维均有所增加;也存在促进作用在前中期逐渐增强、后期减缓的特征。随着PCS浸渍浓度的增加,体系中PAN纤维的预氧化程度呈现先增加后减少的趋势,在1%浓度浸渍时相对环化率和环化度均达到最大,分别为63.60%和38.45%,PCS对PAN预氧化的促进效果最明显。5.在PAN原丝阶段浸渍PCS处理,对最终所得C/SiC纤维的性能会产生一定程度的影响,浸渍浓度越小,纤维的强度越高。当PCS浸渍浓度为2‰时,强度为2.57GPa;浸渍浓度为0.5‰时,强度为3.08GPa。