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Si-B-C-N陶瓷凭借优异的组织结构稳定性和出色的高温性能,成为下一代高温结构和多功能防热陶瓷的重要候选。无机法(机械合金化-压力烧结法)已经成为制备Si-B-C-N耐高温材料和结构件最为有效的方法。目前运用无机法制备第二相增韧Si-B-C-N陶瓷高温性能和高温损伤机理的相关研究还不够系统和全面,对于Si-B-C-N高温力学性能研究很少、抗热震性能研究不系统,抗热震和耐烧蚀机理总结不全面,高温性能需要进一步提高。针对以上问题,本研究将耐烧蚀超高温陶瓷相和碳纤维增韧相同时引入Si-B-C-N陶瓷基体中,旨在提高Si-B-C-N陶瓷的高温力学性能和抗热震、耐烧蚀性能,借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、万能材料实验机、纳米压痕仪以及材料热物理性能测试设备、氧-乙炔烧蚀台架等设备对材料的组织结构、力学、热物理以及烧蚀、热震性能进行分析表征和评价并阐明相关机理。采用不同高能球磨工艺制备的Si-B-C-N-Zr陶瓷粉体的价键结构有差异,两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷粉体中不含有Zr单质,与一步法Si-B-C-N-Zr陶瓷粉体相比Zr-B键含量更高,Zr-O键含量更低;两步法Si-B-C-Nr陶瓷粉体的团聚体尺寸更小。一步法Si-B-C-N-Zr陶瓷和两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷物相组成不同,两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷不含Zr N相,Zr B2相含量更高,Zr O2相含量更低;两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷的具有更低的显气孔率(3.6%),更高的抗弯强度和断裂韧性。两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷的综合力学性能更优。通过提高烧结温度和Zr含量可以改善Si-B-C-N-Zr陶瓷的致密度和力学性能,SZ2C1900陶瓷的致密度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别达到95.3%、386.1±8.3 MPa、4.84±0.2 MPa·m1/2和232.8±15.3 GPa;纳米Zr B2相均匀弥散分布在Si-B-C-N基体中,起到弥散强化效果。两次涂覆的BN涂层的效果最佳;热压烧结后(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N陶瓷复合材料中纤维表面BN界面层保存完整;随纤维含量增加(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料显气孔率增加,复合材料的抗弯强度和断裂韧性呈现先增后降的趋势,弹性模量和维氏硬度则呈现单调下降的趋势,纤维含量10 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料同时具备高强度和高韧性,体现出纤维优异的强韧化效果;Cf引入后复合材料断裂方式表现为延滞断裂,纤维含量10 vol.%时复合材料的断裂功达到115.8 J·m-2,优化的BN层保证纤维和基体间合适的界面结合强度,复合材料承载时Cf拔出增加复合材料承载可靠性。Si-B-C-N-Zr陶瓷和(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料的高温力学性能优异,Si-B-C-N-Zr陶瓷基体在1000 oC高温下强度提高10%;纤维引入导致(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料高温强度降低,纤维含量5 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N在1000oC高温下强度下降8%,1200 oC高温下强度下降13%,优于Cf/Si-B-C-N陶瓷复合材料的高温抗弯强度;裂纹扩展路径增加和纤维拔出是主要的增韧机制。Si-B-C-N-Zr陶瓷及其复合材料的热导率随温度升高降低,平均热膨胀系数随纤维含量增加降低;复合材料热震后残余强度随热震温差增大降低,纤维含量10 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料在1200 oC热震后残余强度的保持率达到74.3%,表现出优异的抗热震性能;复合材料兼具高强度、高韧性和高断裂功,低弹性模量降低和热膨胀系数,纤维增韧以及热震后表面氧化层的保护和修复作用使复合材料抗热震性能提高;Si-B-C-N-Zr陶瓷具有优异的耐氧-乙炔焰烧蚀性能,SZ2C1900的线烧蚀率最低可达0.021 mm/s;纤维含量高于10 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料耐氧-乙炔焰热冲击性能提高,氧-乙炔焰烧蚀后不炸裂;线烧蚀率和质量烧蚀率随着纤维含量增加而提高,纤维含量10 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为:0.037 mm/s和0.0053 mg/s;Zr B2优异的耐烧性能和和涂覆BN涂层碳纤维的增韧作用保证了(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N优异的耐氧-乙炔焰烧蚀、热冲击性能;(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料的主要烧蚀机理包括:碳纤维、基体的氧化和熔融烧蚀。本研究采用两步球磨-热压烧结方法制备出高强度、高韧性和高断裂功且表现出明显延滞断裂特征的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料,Si-B-C-N-Zr陶瓷具有优异高温抗弯强度,(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N陶瓷复合材料具有优良抗热震性能,揭示热震性能提高机理,制备出耐氧-乙炔焰热冲击和高温烧蚀的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料,揭示烧蚀机理。本研究丰富和完善Si-B-C-N系陶瓷的实验数据和理论研究,为该体系陶瓷及其相关新型高温材料的研发提供理论和数据支持。