摘要：
碳化硅陶瓷因其密度低、强度高、耐高温和抗氧化等优异性能,广泛应用于安全防护、航空航天与电子等领域。但因脆性大、可靠性差等缺点,限制其作为高温结构材料的应用。通常在碳化硅陶瓷中引入晶须、纤维等增强体制备成碳化硅陶瓷基复合材料提高其力学性能。本文采用碳化硅纳米晶须（SiCnw）和碳化硅纳米纤维（SiCnf）两种增强体,利用反应熔渗法制备SiCnw/SiCnf增强SiC陶瓷基复合材料。主要研究工作如下:（1）SiCnw/5iCnf增强体的PyC/BN包覆,采用硼酸和尿素浸渍反应工艺对SiCnw/SiCnf进行BN包覆。研究结果表明:层状的BN界面相在SiCnw/SiCnf表面形成,其厚度约几十至几百纳米。采用酚醛树脂高温炭化裂解对SiCnw/SiCnf进行裂解碳（PyC）包覆。研究结果表明:PyC包覆后,BN包覆SiCnw/SiCnf表面又形成一层均匀且粗糙的PyC界面相,其厚度约几百纳米。（2）制备了 SiCnw/SiC复合材料,研究了炭黑含量对SiCnw/SiC复合材料力学性能和显微结构的影响,并分析SiCnw/SiC复合材料强韧化机理。研究结果表明:当炭黑含量为12 wt%时,抗弯强度和断裂韧性达到最高值分别为273 MPa和4.3 MPa·m1/2,相比于SiC陶瓷抗弯强度提高了 20%,断裂韧性提高了 15%;当炭黑含量超过12wt%时,由于炭黑的团聚和分布不均匀,制约其力学性能的进一步提高;SiCnw/SiC复合材料断口处有明显的SiCnw拔出,说明对SiCnw进行PyC/BN包覆能避免其在高温反应熔渗过程中受到硅的侵蚀;SiCnw/SiC复合材料力学性能的提高主要归因于晶须脱粘、晶须桥连、裂纹偏转和晶须拔出等机制,这些机制都需要消耗大量的断裂能,因而起到增强增韧作用。（3）制备了 SiCnf/SiC复合材料。基于SiCnw/SiC复合材料的研究,优化和改进制备工艺。研究了不同含量酚醛树脂为C源包覆SiCnf对SiCnf/SiC复合材料力学性能和显微结构的影响,并分析SiCnf/SiC复合材料强韧化机理。研究结果表明:当酚醛树脂含量为16 wt%时,抗弯强度达到最高值为294MPa相比于SiC陶瓷提高了 29%;当酚醛树脂的含量为12 wt%时,断裂韧性达到最高值为4.74MPa·m1/2相比于SiC陶瓷提高了 22%;当酚醛树脂含量为16 wt%时,由于PyC界面结合强度高,导致SiCnf不易脱粘、拔出,进而复合材料的断裂韧性降低;SiCnf/SiC复合材料力学性能的提高主要归因于纤维脱粘、纤维桥连、裂纹偏转和纤维拔出等机制,上述机制都需要吸收断裂能,因而起到增强增韧的作用。总之,相比于SiCnw,采用SiCnf作为增强体制备成复合材料的力学性能更加优异,强度、韧性明显提升。同时研究还存在以下问题待改进:对SiCnw/SiCnf包覆PyC/BN复合界面相,可以避免其在高温反应熔渗过程中受到硅的侵蚀,但采用硼酸和尿素浸渍反应工艺以及酚醛树脂高温炭化裂解对SiCnw/SiCnf进行PyC/BN包覆,因其界面结合强度难以调节,进而包覆效果不够理想。此外,SiCnw/SiCnf易团聚难以分散均匀,以及在分散过程中容易破坏SiCnw/SiCnf的形貌使纤维变短,这些因素制约了复合材料力学性能的进一步提高。
关键词：