论文部分内容阅读
碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料具有抗高温氧化、高比强度和高韧性的特点,是航空航天领域理想的候选材料。利用具有不同电性能的碳化硅纤维制备陶瓷基复合材料,可以满足飞行器服役环境的多种电磁性能要求。本文以高绝缘碳化硅纤维布为增强体,经浸涂法制备La2O3涂层,浸渍陶瓷悬浮液获得陶瓷预制体;基于先驱体浸渍烧结法,压力浸渗BN、Al2O3、Na2O·nSiO2与高岭土浆料（BANS）,叠压并固化烧结制备了SiCf/BANS复合材料。研究了La2O3涂层的制备工艺,探究涂层对纤维抗氧化性能的影响;通过基体的相组成与微观形貌,提出基体的形成机理;测试了复合材料的力学性能与介电性能,分析纤维对材料性能的影响并提出涂层的作用机理;探讨复合材料的高温抗氧化性能,提出相应的增强机理与纤维损伤机理,具体结论如下:（1）涂层制备工艺的研究表明,经4wt%的La（CH2COOH）3·5H2O浸涂液三次浸渍和烧结制备的La2O3涂层具有良好的覆盖完整性和较小的纤维强度损伤。分析La2O3涂层对碳化硅纤维高温抗氧化的影响,发现La2O3涂层能有效提升纤维在700℃前的抗氧化性能,但当热处理温度为800℃时,涂层由于热失配以及气体溢出发生剥落而失去保护效果。又对陶瓷预制体的制备工艺进行深入研究,得到分别以乙醇和水作为分散介质时稳定悬浮液的最佳配比,并经后续压力浸渍以及先驱体浸渍烧结,成功制备复合材料。（2）BANS基体的物相与微观形貌表征结果显示,BANS基体中的水玻璃与高岭土为玻璃相并包裹Al2O3粉体,温度上升到800℃时,Al2O3溶解到熔融玻璃相中生成NaAlSi2O6与NaAlSiO4;BN低温时发生水解生成硼酸盐,在高温时对基体产生愈合作用。碳化硅纤维的加入,使复合材料的抗弯强度由52.42MPa上升到108.46MPa,断裂特征由脆性断裂转变为韧性断裂,介电常数下降,损耗角正切上升,整体介电性能良好;La2O3涂层改善了纤维与基体间的润湿性,降低了孔隙率,结合断口处出现的纤维拔出以及涂层脱粘现象,说明涂层为弱界面,通过脱粘的方式增韧复合材料。（3）复合材料的高温抗氧化性能测试结果表明,热处理温度由500℃上升到700℃时,对应的抗弯强度由108.5MPa上升到124.4MPa,热处理时间对复合材料性能的影响较小;当热处理温度上升到800℃时,复合材料的抗弯强度快速下降,最低为60.8MPa。在500℃-700℃,复合材料抗弯强度受基体主导,基体中微观缺陷减少,基体强度上升,复合材料强度上升,复合材料中的应力传递方式发生改变,使纤维束能够更有效的传递应力;当温度上升到800℃时,抗弯强度下降受纤维损伤主导,包含了纤维高温氧化、基体腐蚀以及涂层失效的综合作用。