【摘 要】
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SiC-BN复相陶瓷结合了SiC和BN二者的优点,在保持一定强度的同时,又具有优异的抗热震性能和机械加工性能,同时SiC-BN复相陶瓷还具有良好的高温稳定性和抗氧化性能,是一种极具应用前景的陶瓷结构材料。通过原位合成法制备的SiC-BN复相陶瓷有着精细的微观结构和不错的力学性能,但SiC-BN复相陶瓷的脆性使得其在应用上受到一定的限制。为此,本文以短切碳纤维为增韧体,引入聚硼硅氮烷先驱体转换Si
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SiC-BN复相陶瓷结合了SiC和BN二者的优点,在保持一定强度的同时,又具有优异的抗热震性能和机械加工性能,同时SiC-BN复相陶瓷还具有良好的高温稳定性和抗氧化性能,是一种极具应用前景的陶瓷结构材料。通过原位合成法制备的SiC-BN复相陶瓷有着精细的微观结构和不错的力学性能,但SiC-BN复相陶瓷的脆性使得其在应用上受到一定的限制。为此,本文以短切碳纤维为增韧体,引入聚硼硅氮烷先驱体转换Si BCN陶瓷作为添加剂,采用原位合成法热压烧结制备Cf/SiC-BN复合材料,研究纤维含量及添加剂对复合材料的致密化行为、力学性能以及抗热震耐烧蚀性能的影响。研究结果表明:PDC-Si BCN的添加能改善Cf/SiC-BN复合材料的致密度,并能显著提高复合材料的力学性能,这是由于PDC-Si BCN在高温下的粘性流动促进了致密化,且PDC-Si BCN的添加改善了晶间强度。加入10wt%的PDC-Si BCN后,复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别由原来的39.7MPa和1.18MPa·m1/2增加至75.8MPa和2.14MPa·m1/2。但由于纤维的损伤,Cf/SiC-BN复合材料的断裂方式仍为脆性断裂。PDC-Si BCN降低了复合材料的热膨胀系数。不同成分的复合材料在热震后都出现了强度的下降,PDC-Si BCN的引入可以提高材料热震后的残余强度,但强度保持率会下降更快,引入添加剂的复合材料在800℃热震温差下的残余强度保持率最高可达87.1%。热震后的复合材料中,碳纤维与基体都发生了氧化现象,氧化程度随热震温差而上升。PDC-Si BCN的加入对纤维有一定保护作用,使纤维在热震后依然能够起到增韧的作用。PDC-Si BCN的引入降低了SiC-BN复相陶瓷的烧蚀率,而对于Cf/SiC-BN复合材料,纤维含量的增加会提高复合材料的线烧蚀率。复合材料烧蚀后的表面物相主要为α-SiC、β-SiC、h-BN以及石英,原位反应残留的Si3N4在过渡区中生成了单质Si,热影响区表面有非晶态Si O2生成。烧蚀中心区呈现多孔的网状结构,过渡区表面氧化层受气流冲刷剥落,并存在纤维剥蚀的现象,热影响区表面被气泡状的Si O2氧化层所覆盖。复合材料的烧蚀机理主要为机械剥蚀和热氧化烧蚀。
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