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耐高温弹簧在高超声速飞行器高温密封结构和高温结构减震中具有迫切的应用需求。针对现有弹簧的不足,本文采用纤维集束缠绕石墨棒成型、车削成型及熔模法成型三种工艺制备弹簧预制体,以先驱体转化(PIP)工艺致密化,制备了单向碳纤维增强碳化硅(1D C/SiC)陶瓷基复合材料弹簧。探索并优化了弹簧的制备工艺,研究了弹簧尺寸参数、预制体结构及PIP周期对弹簧刚度的影响,研究了C/SiC复合材料弹簧的室温和高温性能,并采用CVD工艺在C/SiC复合材料弹簧表面制备了SiC抗氧化涂层,进一步提高了弹簧的耐高温、抗氧化性能。对C/SiC复合材料弹簧的结构、尺寸及预制体结构进行了设计。确定了典型的弹簧尺寸参数为:丝径2mm,中径16mm,有效圈数5,总圈数7,节距5mm,自由高度28mm。对弹簧的受力和应力分布情况进行分析,确定弹簧预制体采用单向连续碳纤维束集束,并沿弹簧旋向相反的方向加捻。制备了纤维含量为4束/mm2的1D C/SiC复合材料,测得其拉伸强度为307MPa,拉伸模量为92.2GPa,泊松比为0.35,切变模量为34.1GPa,双面剪切强度为89MPa,断裂韧性为14.6 MPa?m1/2。针对典型尺寸参数的C/SiC复合材料弹簧,通过计算求得其刚度和压缩量的理论值分别为3.33N/mm和4.5mm。研究了C/SiC复合材料弹簧预制体的制备工艺并进行了优化。结果表明,纤维集束缠绕石墨棒成型工艺较简单,但是弹簧丝尺寸难以准确控制,且弹簧形貌较粗糙,刚度仅为1.87N/mm。车削成型和熔模法成型制备的弹簧尺寸控制和表观形貌都较好。当压缩量小于5mm时两种弹簧刚度分别为3.74N/mm和3.36N/mm,与理论计算值比较接近,但车削成型弹簧可靠性较差,当压缩量大于5mm时,车削成型弹簧丝会发生破坏,经全压缩后其刚度降为1.58N/mm,而熔模法成型弹簧刚度无明显下降。因此,熔模法成型是上述三种成型工艺中的最优工艺。研究了C/SiC复合材料弹簧致密化过程中PIP周期对其刚度的影响。PIP周期从7增至13时,弹簧刚度由1.10N/mm增至1.75N/mm,之后随PIP周期增加弹簧性能变化不明显,因此,确定C/SiC复合材料弹簧的最佳致密化周期为13～14个周期。研究了弹簧尺寸参数及预制体结构对其刚度的影响规律。在其他尺寸结构等参数均相同的情况下,弹簧旋绕比从6.4增至10.7时,弹簧刚度由2.84 N/mm降至0.54N/mm,弹簧螺旋角从5.7°增至12.3°时,弹簧刚度由1.75N/mm降至0.54N/mm。另外,在弹簧预制体成型时,对弹簧丝纤维束加捻可以避免弹簧丝纤维束间开裂分层,提高弹簧的刚度和稳定性,当纤维束捻度由0捻/m增至50捻/m时,弹簧刚度由1.00N/mm增至3.01N/mm,捻度的最佳范围为35～50捻/m。对比研究了C/SiC复合材料弹簧与Inconel X-750高温合金弹簧的室温和高温性能。室温环境下,C/SiC复合材料弹簧与Inconel X-750弹簧的刚度分别为3.36N/mm和5.61N/mm,前者承载能力较低;高温环境下,Inconel X-750弹簧刚度随温度升高逐渐下降,稳定使用温度不超过600℃,高于800℃时弹簧失效,而对于C/SiC复合材料弹簧,1000℃时回弹率仍为100%,但其刚度随受热时间延长而下降,其下降速率为0.078N/mmmin。保温10min后刚度保留率为69.2%。研究了采用CVD工艺在C/SiC复合材料弹簧表面沉积SiC抗氧化涂层对其室温和高温性能的影响。厚度约为48.6?m的SiC涂层能够显著提高弹簧的室温和高温刚度。室温下,涂层后C/SiC复合材料弹簧平均刚度保留率为132.1%;1000℃时其刚度先随受热时间的延长而增大,25min时刚度达到最大值3.97N/mm,为室温刚度的117.1%,之后由于涂层裂纹扩展,纤维部分氧化损伤,导致弹簧刚度逐渐降低。