【摘 要】
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碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（SiCf/SiC）作为结构材料在高性能航空发动机热端部件、核能领域具有广阔的应用前景。界面相在SiCf/SiC的裂纹偏转、纤维桥连、纤维拔出等增韧机制中起着重要作用,保证材料的非脆性断裂。传统的热解碳和氮化硼界面相易受到服役环境中氧化气氛、水蒸气的侵蚀,导致SiCf/SiC性能恶化,限制了其向更高服役温度发展。稀土硅酸盐是一种有潜力的新型界面相材料,表现出以下性
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碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（SiCf/SiC）作为结构材料在高性能航空发动机热端部件、核能领域具有广阔的应用前景。界面相在SiCf/SiC的裂纹偏转、纤维桥连、纤维拔出等增韧机制中起着重要作用,保证材料的非脆性断裂。传统的热解碳和氮化硼界面相易受到服役环境中氧化气氛、水蒸气的侵蚀,导致SiCf/SiC性能恶化,限制了其向更高服役温度发展。稀土硅酸盐是一种有潜力的新型界面相材料,表现出以下性能优势:（1）作为先进的SiCf/SiC环境障涂层材料,其具有优异的耐水氧腐蚀性能;（2）部分稀土硅酸盐材料与SiC材料具有良好的化学相容性、热膨胀系数匹配,以及弹性模量配合,能够满足裂纹偏转的增韧机制;（3）具有一定的塑性变形能力,能够调节界面摩擦阻力,实现纤维拔出的增韧机制。为了推动稀土硅酸盐界面相在SiCf/SiC复合材料中的应用,本论文从界面相选材与界面性能实验测试,界面相成分优化,以及界面相制备方法三个方面开展工作,具体内容包括:（1）采用纯相Yb2Si2O7、Yb2SiO5粉体和化学气相沉积法制备的SiC纤维,通过放电等离子烧结工艺制备出具有机械结合和化学结合特征的碳化硅纤维/稀土硅酸盐界面模型复合材料。机械结合的SiCf/Yb2Si2O7界面具有合适的界面参数,满足裂纹偏转的能量判据;化学结合的SiCf/Yb2Si2O7界面为半共格结构,高温化学稳定性良好;然而Yb2SiO5与SiC材料间较大的热膨胀失配增大了界面残余应力,不利于界面裂纹偏转的实现。根据界面性能测试结果,Yb2Si2O7可以用作新型界面相材料,Yb2SiO5可以与之搭配,通过不同比例的“混合”界面相,调节界面残余应力和界面结合,为复合材料力学性能的优化设计提供参考。（2）采用高通量实验方法,将改性元素钬（Ho）引入硅酸镱材料中,并行研究了组合材料芯片上大量稀土硅酸盐成分点相组成、相稳定性、与SiC材料的化学稳定性和热膨胀匹配性,揭示了本征力学性能随RE/Si、Yb/Ho比例的变化规律。基于高通量筛选结果,确定了稀土硅酸盐界面相材料优化成分体系为钬掺杂的双硅酸镱(Yb1-xHox)2Si2O7。针对(Yb1-xHox)2Si2O7材料体系,开展了块体材料的制备,对相稳定性、力热性能,以及耐水蒸气腐蚀性能进行了系统的研究。（Yb1/3Ho2/3）2Si2C7表现出远高于Yb2Si2O7的耐水蒸气腐蚀能力、优异的相稳定性,同时合适的力学和热学性能使SiCf/（Yb1/3Ho2/3）2Si2O7界面解离能满足裂纹偏转能量判据,为苛刻服役环境下的SiCf/SiC复合材料提供综合性能优异的新型界面相材料。（3）使用浸渍涂覆法在SiC纤维表面制备Yb2Si2O7界面相。通过纤维表面改性,在纤维表面实现活性基团均匀附着;通过调节颗粒表面电性,获得具有良好分散稳定性的纳米粉体浆料;基于纳米粉体反应热力学分析,获得了Yb2Si2O7的合成温度,确立了纤维优化热处理工艺;通过优化浆料性能（pH、浓度）,实现对纤维的均匀涂覆;表征纤维表面界面相的相组成和微观结构,为SiCf/SiC复合材料用稀土硅酸盐界面相的制备提供指导。
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