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SiCN陶瓷具有低密度、耐高温、抗氧化且介电性能可调等特点,以其作为基体可望制备出结构功能一体化陶瓷基复合材料。化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration,CVI)制备温度低、制备工艺易调节、所得材料结构均匀致密,成为高性能陶瓷基复合材料的主要制备方法。采用CVI法制备的SiCN陶瓷是非晶态,极化损耗较低,难以在X波段(8.2～12.4GHz)实现全频RC小于-10dB的吸收(90%的电磁波被衰减)。介电型陶瓷实现全波段吸收需具有适中的介电常数目标值,这就要求材料具有一定的透吸波纳米异质界面。如何使SiCN陶瓷获得透吸波纳米异质界面是提高其吸波性能的关键,通过原位自生纳米相(碳纳米管和厚度为纳米级的BN)诱导SiCN陶瓷晶化,析出导电相并形成纳米异质界面,从而提高其吸波性能。目前,国内外主要研究CVI SiCN陶瓷制备工艺对其电磁性能的影响规律,亟待研究CVI SiCN陶瓷的微结构演变对纳米相改性SiCN陶瓷电磁性能的影响规律。本文采用热力学计算获得SiCN陶瓷的低温共沉积条件,并通过理论计算获得宽频、强吸收材料的目标电磁参数。通过对CVI SiCN陶瓷进行热处理,研究陶瓷的微结构演变对电磁性能的影响规律;通过原位自生CNTs和BN纳米相诱导SiCN陶瓷晶化来提高其电导损耗和极化损耗,研究其微结构演变对电磁性能的影响规律;将上述优化的SiCN基体与吸波型纤维复合,制备结构功能一体化SiCN陶瓷基复合材料。主要研究内容和结果如下:(1)揭示了 CVI沉积条件对SiCN陶瓷的相成分和相含量的影响规律,确定了低温共沉积SiCN陶瓷的工艺参数范围。H2稀释比的增加有利于SiC和Si3N4相的沉积;较低的沉积温度有利于C和Si3N4相的沉积,且其沉积效率较大;SiCl4足量的条件下,C3H6/(C3H6+NH3)比越大越有利于SiC和C相的沉积。要实现SiCN陶瓷的低温制备,需控制沉积条件在H2稀释比为10～50、足量SiCl4浓度([SiC14]/([NH3]+[C3H6])>0.75)和C3H6/(C3H6+NH3)比值小于 0.3。(2)基于金属背板模型和传输线理论,预测了介电型吸波和屏蔽材料的目标电磁参数。通过调节介电材料的电磁参数可以实现其对电磁波吸收和屏蔽性能的调控,当介电常数实部小于20、介电损耗在0.25～1时,材料具有优异的吸收性能;当介电常数实部大于20且介电损耗大于1时,材料具有优异的电磁屏蔽效能。(3)揭示了 SiCN陶瓷晶化过程中的微结构演变对其电磁性能的影响规律,建立了透吸波纳米异质界面结构模型。以多孔Si3N4陶瓷为基体,通过CVI SiCN制备Si3N4-SiCN复相陶瓷,Si3N4和非晶SiCN均为低介低损陶瓷,导致其吸波性能差,其介电常数实部、虚部和介电损耗分别为4.52、0.16和0.036。经1600℃热处理后SiCN陶瓷完全晶化,析出β-SiC纳米晶粒、自由碳和α-Si3N4,并形成Si3N4-C和Si3N4-SiC透-吸波纳米异质界面。随着自由碳晶化程度的提高使得复相陶瓷的电导损耗增加,同时纳米异质界面的形成增加了其极化损耗。因此,完全晶化的复相陶瓷在X波段具有优异的电磁波吸收性能,反射系数最低值为-41.7dB,反射系数小于-10dB的频带宽度为3.95GHz。(4)揭示了原位自生CNTs对SiCN陶瓷的诱导晶化作用,阐明了陶瓷在热处理过程中的微结构演变对其电磁性能的影响规律。通过催化CVI法在Si3N4-SiCN复相陶瓷中原位自生纳米相CNTs。基于原位自生CNTs的诱导晶化作用,SiCN陶瓷的完全晶化温度由1600℃降低到1400℃。将CNTs引入复相陶瓷中形成导电网络,导致其电导损耗增加,由低介低损材料转化为中介中损材料,复相陶瓷的介电常数实部、虚部和介电损耗分别为7.41、7.52和1.01。复相陶瓷中CNTs的含量达到渗滤阈值,导致其吸波性能随晶化程度提高而基本不变,未经热处理复相陶瓷的反射系数最低值为-11.OdB,反射系数小于-10dB的频带宽度为1.9GHz。(5)揭示了BN纳米相对Si3N4-SiCN复相陶瓷的微结构演变和电磁波吸收性能的影响规律。通过CVI法在Si3N4-SiCN复相陶瓷中原位自生BN纳米相。非晶BN相中较多的缺陷和杂质元素,导致复相陶瓷的极化损耗提高,得到一种低介中损材料。未经热处理复相陶瓷的介电常数实部、虚部和介电损耗分别为5.26、4.01和0.76,反射系数最低值为-25.2dB,反射系数小于-10dB的频带宽度可覆盖整个X波段,具有优异的吸波性能。热处理过程中,复相陶瓷以β-SiC、C和α-Si3N4纳米晶粒的形式析出导致其极化损耗进一步增加,然而BN晶化过程中释放的氧与SiCN中的自由碳反应导致其电导损耗减小,使得复相陶瓷经1300℃热处理后具有优异的电磁波吸收性能,反射系数最低值为-47.0dB,反射系数小于-10dB的频带宽度为3.7GHz。(6)揭示了 SiCN基体的含量和性能对Al2O3f/SiCN和SiCf/SiCN复合材料的电磁性能和力学性能的影响规律。以吸波型Al2O3f和SiCf纤维为增强体,采用PIP结合CVI工艺制备Al2O3f/SiCN和SiCf/SiCN复合材料,CVI SiCN基体渗透到PIP SiCN基体形成的裂纹中,不仅提高其电磁屏蔽效能,同时提高其力学性能。Al2O3f/SiCN复合材料的总屏蔽效能为27dB和吸收屏蔽效能为22dB,弯曲强度和断裂韧性分别为279MPa和9.4 MPa·m1/2;SiCf/SiCN复合材料的总屏蔽效能和吸收屏蔽效能分别为24dB和20dB,弯曲强度和断裂韧性分别为384MPa和12.8MPa m1/2。由此可得,通过将高强吸波纤维与SiCN陶瓷基体复合,获得结构功能一体化陶瓷基复合材料。