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SiC_f/SiC复合材料凭借其高强度、高模量、耐高温、耐冲击、抗氧化、抗蠕变、低活性、耐辐照、低放射余热等诸多优异性能,在航空航天、国防军工、新能源等领域具有广泛的应用前景。虽然与SiC陶瓷相比SiC_f/SiC复合材料在断裂韧性方面大为改观,但目前脆性仍然制约着它的应用。众所周知,纤维-基体界面在复合材料性能中扮演着重要角色,因此界面相优化是改善SiC_f/SiC复合材料力学性能的重要手段之一。本文采用CVD工艺在国产KD-I型SiC纤维表面制备了一系列厚度不同的PyC单层涂层、SiC单层涂层及(PyC/SiC)n多层涂层,采用涂层纤维制备了3D PIP SiC_f/SiC复合材料。结合对复合材料界面区域的观察和纤维-基体界面剪切强度的表征和分析,系统考察了界面对纤维单丝强度、复丝强度和SiC_f/SiC复合材料力学性能的影响;研究了界面对纤维和复合材料抗氧化性能的影响。同时,针对SiC_f/SiC复合材料在聚变堆液态包层流道插件的应用需求,讨论了界面对复合材料热导率和电导率的影响。利用TEM、HRTEM、EDX和SAED研究了复合材料中SiC纤维-界面-SiC基体的微观结构特征,深入讨论了各组元的成分、微观形貌、结晶程度以及裂纹在界面区域的扩展规律,并从微观结构层次揭示了(PyC/SiC)n多层界面使SiC_f/SiC复合材料断裂韧性大幅提高的原因。裂纹在(PyC/SiC)n亚层内部、亚层之间、界面与纤维之间发生了偏折、分叉和转向,消耗大量断裂能;主裂纹的扩展主要发生在界面首层PyC的内部。利用单纤维原位顶出测试方法研究了不同界面KD-I/SiC复合材料纤维-基体间界面剪切性能。结果表明:无界面层复合材料的界面结合较弱,纤维极易与基体发生脱粘,界面不能有效传递载荷亦不能有效耗散断裂能;界面层的引入增强了纤维与基体之间的结合:PyC单层界面使界面剪切强度由无界面层时的72.1MPa上升至最高105.9MPa,而SiC单层界面使界面剪切强度上升至最高209.8MPa,(PyC/SiC)n多层界面复合材料的界面剪切强度在93.5MPa~150MPa范围内。界面结合强度的适当提高对复合材料断裂韧性有明显改善作用,但过强的界面结合导致基体裂纹穿过纤维扩展、复合材料断裂韧性大幅下降。系统研究了不同厚度的PyC单层界面、SiC单层界面以及(PyC/SiC)n多层界面对3D KD-I/SiC复合材料结构与力学性能的影响。结果表明:PyC界面显著改善了SiC_f/SiC复合材料的断裂韧性。其原因在于:PyC界面可有效弥合纤维表面的裂纹和缺陷,降低了SiC纤维的强度分散性;强化了SiC_f/SiC复合材料断口上单根纤维拔出和纤维束拔出现象;裂纹在界面相中发生了有效的分叉和偏转,使裂纹尖端应力场得到很好的消散,提高了断裂功。与之相对的是,脆性相CVD SiC涂层不能有效修饰SiC纤维表面的裂纹和缺陷,使纤维强度降低;CVD SiC界面使SiC_f/SiC复合材料纤维-基体之间呈强结合,导致复合材料的断裂韧性和弯曲强度都有所降低。用交替排列的(PyC/SiC)n界面取代单层界面,既能满足界面相容性要求,又使复合材料基体裂纹在界面处发生分叉和偏转、纤维发生有效脱粘和滑移。因此,PyC界面和(PyC/SiC)n多层界面显著提高了复合材料的断裂韧性。其中,PyC单层界面厚度为0.53μm时,复合材料断裂韧性达到23.1MPa·m1/2,比无界面层复合材料提高了65%;当界面组成为(PyC/SiC)2时,复合材料断裂韧性达到28.1MPa·m1/2,比无界面层复合材料提高了101%。系统研究了不同界面对3D KD-I/SiC复合材料氧化性能的影响。结果表明:PyC界面使材料抗氧化性能下降;而SiC界面在高温被氧化为玻璃态SiO2可对纤维形成有效保护,因此其对复合材料的抗氧化性能有改善作用。(PyC/SiC)n多层界面情况下,以PyC为首层有助于复合材料室温断裂韧性的改善,以SiC为首层则使复合材料的抗氧化能力得到提高。在兼顾SiC_f/SiC复合材料的抗氧化性能和力学性能时,首层为SiC的(PyC/SiC)n多层界面(n≥2)具有较大优势。例如,(SiC/PyC)2多层界面复合材料氧化后的断裂韧性、弯曲强度和弹性模量分别为11.5MPa·m1/2、237.5MPa和103.0GPa。系统研究了不同厚度PyC单层界面、SiC单层界面以及(PyC/SiC)n多层界面对3D KD-I/SiC复合材料电导率和热导率的影响。结果表明:提高单层界面中PyC的厚度及增加(PyC/SiC)n多层界面中PyC的层数使复合材料的热导率和电导率增加,同样情况下CVD SiC则使复合材料热导率和电导率降低。制备的0.38μm SiC界面、0.71μm SiC界面、SiC/PyC/SiC多层界面和SiC/PyC/SiC/PyC/SiC多层界面SiC_f/SiC复合材料的力学、热学及电学特性满足聚变堆Pb-17Li包层中流道插件(FCI)的要求。