随着高速航天器的进一步发展,对飞行器的要求越来越高,尤其是抗烧蚀性和抗热震性。为了达到飞行器所需热物理学性能,文中通过预浸渍缠绕和热压烧结制备了Cf/Si C-BN-Zr B2陶瓷基复合材料,研究了材料体系的配比和烧结温度以及添加鳞片石墨或炭黑对材料性能的影响,并且测试了材料的抗弯强度、密度、抗氧化性、烧结过程反应机理、抗热震性和抗烧蚀性,本文主要成果如下:文中论述了鳞片石墨与Si BON在高温下的反应机理,即鳞片石墨与Si BON固液反应生成Si C。通过Zr B2与Si BON 1700℃热压烧结时不发生反应,证明Cf/Si C-BN-Zr B2陶瓷基复合材料制备的可行性。Cf/Si C-BN陶瓷基复合材料密度为1.72±0.02 g/cm~3,抗弯强度为51±5MPa,加入鳞片石墨后测得密度为1.79±0.03 g/cm~3,抗弯强度为60±5 MPa,并且根据鳞片石墨与Si BON在950–1000℃时反应程度剧烈,说明加入鳞片石墨有助于材料密度和抗弯强度的提高,并能起到保护碳纤维的作用。Cf/Si C-BN-Zr B2陶瓷基复合材料热压烧结过程存在Si O2、C和Zr B2反应生成Zr O2以及Zr O2和Si O2反应生成Zr Si O4的反应过程,1700℃热压烧结时,材料抗弯强度为78±10 MPa,1500℃热压烧结时材料抗弯强度为124±15MPa,证明降低烧结温度能保护碳纤维,从而提高材料抗弯强度;通过不同烧结温度对材料性能的影响排除了1400℃和1900℃作为烧结温度的可能性。1700℃热压烧结时加入鳞片石墨后材料的抗弯强度为192±20 MPa,证明了加入鳞片石墨有助于保护碳纤维,从而提升材料的力学性能。文中通过Cf/Si C-BN-Zr B2陶瓷基复合材料三点抗弯断裂面显微结构证明材料中碳纤维的增韧机理为纤维拔出、纤维脱粘、纤维桥接和裂纹的弯曲和偏转。通过调节材料中Zr B2的含量,证明添加过量的Zr B2会在热压烧结时对碳纤维造成损伤。通过调节材料中Zr B2的粒度,证明降低Zr B2粒度能提升材料性能,通过添加炭黑,证明添加炭黑能够保护碳纤维。更换添加物后材料抗弯强度为400±10 MPa,断裂韧性为17.63±0.5 MPa/m1/2,氮气氛围下1400℃线膨胀系数为1.36·10-6。Cf/Si C-BN-Zr B2陶瓷基复合材料在1700℃下的氧化机理为Si C与氧气反应生成Si O2和CO2、BN与氧气反应生成B2O3和NO2、Zr B2与氧气反应生成Zr O2和B2O3、碳纤维与氧气反应生成CO或CO2。Cf/Si C-BN-Zr B2陶瓷基复合材料2600℃等离子体烧蚀质量烧蚀率为0.025 g/s,线烧蚀率为0.0938 mm/s;2400℃等离子体烧蚀质量烧蚀率为0.011 g/s,线烧蚀率为0.0265mm/s;2000℃等离子体烧蚀质量烧蚀率为0.0017 g/s,线烧蚀率为0.0029 mm/s。