【摘 要】
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SiC纤维增强SiC陶瓷基（SiCf/SiC）复合材料具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗辐照等优点,是航空、航天、核能等领域理想的高温结构材料。但在高温服役环境下,SiCf/SiC复合材料因受到水蒸气和熔盐等介质的腐蚀而易被氧化,导致力学性能急剧下降。设计和制备合适的界面、涂层是改善SiCf/SiC复合材料力学性能和高温抗氧化性能的关键。一方面,本文将一维纳米材料氮化硅纳米线（SNNWs）、热
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SiC纤维增强SiC陶瓷基（SiCf/SiC）复合材料具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗辐照等优点,是航空、航天、核能等领域理想的高温结构材料。但在高温服役环境下,SiCf/SiC复合材料因受到水蒸气和熔盐等介质的腐蚀而易被氧化,导致力学性能急剧下降。设计和制备合适的界面、涂层是改善SiCf/SiC复合材料力学性能和高温抗氧化性能的关键。一方面,本文将一维纳米材料氮化硅纳米线（SNNWs）、热解碳（Py C）引入SiCf/SiC复合材料界面中,对比了以Py C、Py C/SNNWs为界面的两种SiCf/SiC复合材料的力学性能及高温抗氧化性能。另一方面,分别制备了Yb2Si O5/莫来石（Mullite）/Si和Zr O2/Yb2Si2O7陶瓷涂层,并探究在典型水蒸气和CMAS腐蚀条件下涂层的腐蚀行为和失效机制,为SiCf/SiC复合材料在航空发动机中的潜在应用提供实验参考和依据,具体研究内容如下:（1）采用PIP工艺制备了以热解碳（Py C）、Py C/SNNWs为界面相的SiCf/Py C/SiC复合材料（试样P）和SiCf/（Py C/SNNWs）/SiC复合材料（试样PSN）。研究了催化剂辅助先驱体浸渍裂解法制备SNNWs过程中工艺参数的改变对SNNWs产率、形貌、微观结构的影响,得到最优工艺参数（反应温度为1400℃、保温时间为150 min、聚硅氮烷与二茂铁催化剂的质量比为95:5）。对有无SNNWs界面层的SiCf/SiC复合材料常温力学性能和高温抗氧化性能进行了研究。常温下,试样PSN平均拉伸强度（206 MPa）比试样P平均拉伸强度（108 MPa）提高了49.3%,经1200℃高温氧化后,试样PSN平均拉伸强度（106MPa）比试样P平均拉伸强度（83 MPa）提高了27.7%。结果表明,SNNWs诱导微裂纹偏转及二次拔出耗散能量等强化机制明显提高了复合材料拉伸强度。（2）采用大气等离子喷涂工艺（APS）在SiCf/SiC复合材料表面制备了Yb2Si O5/Mullite/Si环境障碍涂层,研究SiCf/SiC复合材料在热震（1200℃-200℃）及水蒸气（50%vol H2O/50%vol O2）条件下的热稳定性及抗水氧腐蚀性能。研究发现,在685次热循环（TCT）后,SiCf/SiC复合材料重量损失仅为0.1%,表明涂层可保护SiCf/SiC衬底免受水蒸气腐蚀并呈现良好的热稳定性。随着TCT次数的进一步增加,涂层在拉伸试验中的失效模式由Si涂层与SiCf/SiC之间的剥离转变为Si涂层与外涂层的剥离,且整体涂层与基体之间产生了垂直和水平裂纹,涂层与SiCf/SiC基板之间的结合强度逐渐降低。TCT700次后,结合强度从最初的12.28 MPa下降至6.79 MPa,且涂层一角剥落,可判定为失效。（3）通过冷压烧结法制备了Zr O2/Yb2Si2O7陶瓷涂层,研究该涂层在环境空气中1450℃条件下由CMAS(33Ca O·9Mg O·13Al O1.5·45Si O2)腐蚀引起的相变、微观结构演变和力学行为变化。结果表明,20h后,Zr O2与CMAS反应生成Zr Ca O沉积物,60h后,CMAS和Yb2Si2O7之间未进一步发生反应,但涂层的模量和硬度增加,这是因为CMAS熔盐腐蚀渗透至涂层发生反应,使相结构发生变化,以及烧结致密化导致。图45幅,表11个,参考文献97篇
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