反应烧结碳化硅陶瓷具有优异的力学性能、热学性能和化学稳定性,广泛应用于航空发动机、空间反射镜、燃气轮机以及其他领域。实际工业应用中,对碳化硅陶瓷结构均匀性、几何形状的复杂性和制备成本提出了越来越高的要求。使用先进的陶瓷成型工艺是解决上述问题的一种有效途径。以有机单体聚合理论和注浆成型工艺为基础开发出来的凝胶注模成型,通过高分子有机单体聚合交联成三维网络结构实现陶瓷浆料原位成型,制备的陶瓷素坯具有优异的结构和性能。凝胶体系是凝胶注模成型工艺的核心。针对目前凝胶注模成型常用的丙烯酰胺体系毒性大、氧阻聚的问题,本文选用低毒性热固性酚醛树脂和糠醇为聚合物质,研究了聚合物质的聚合过程和聚合机理。通过改变糠醇/酚醛树脂质量比、固化促进剂—苯磺酰氯的用量和环境温度,实现了凝胶体系的可控聚合固化。结果表明,酚醛树脂在乙二醇中的缩聚反应速度较慢,用等质量的糠醇取代部分酚醛树脂后,树脂的缩聚反应提前。温度效应曲线表明树脂的缩聚反应可分为凝胶反应和固化反应两个阶段;随着凝胶体系中糠醇、固化促进剂用量增加和环境温度的升高,树脂凝胶反应和固化反应速率均增加,体系凝胶固化所需时间大幅减少。本研究中,经固化、碳化后的凝胶体系为反应烧结碳化硅的形成提供碳源。本论文还研究了多孔碳孔形成机理以及树脂浆料的组成、碳化温度对多孔碳孔结构的影响。树脂浆料在凝胶固化过程中发生了聚合诱导相分离,聚合反应前后树脂相和乙二醇相相容性发生变化,固化后得到富聚合树脂相和富乙二醇相的两相复合体。经固化和碳化后,聚树脂相形成碳骨架,乙二醇相完全挥发后在碳骨架中形成孔。当乙二醇的质量低于聚合物质的质量时,裂解后的多孔碳中只存在孤立的圆形孔;当乙二醇的质量大于或等于聚合物质的质量时,体系在固化过程中形成连续的富乙二醇相,连续聚乙二醇相的移除在多孔碳骨架中形成三维连通状孔隙。随着浆料中糠醇/酚醛树脂质量比以及固化促进剂用量的增加,浆料凝胶固化速率加快,体系移除挥发性缩聚产物和乙二醇的速度更快,同时固化体的固化程度更高,引起多孔碳的平均孔径、显气孔率以及孔体积均增加。低粘度、高固相含量、分散稳定的陶瓷浆料的制备是凝胶注模成型工艺的前提和关键。以粒径为3μm和45μm的双峰碳化硅颗粒为基体材料,通过选用聚乙二醇400为分散剂和采用球磨工艺,实现了双峰碳化硅在酚醛树脂/糠醇/乙二醇树脂浆料中的均匀分散,研究了分散剂用量、颗粒级配以及固相含量对陶瓷浆料粘度、流变性能和稳定性的影响和作用机理。当分散剂用量为1.0 wt.%,粗细Si C颗粒掺和比为7:3时,制备了固相含量为55~70 wt.%满足凝胶注模成型工艺要求的Si C/树脂陶瓷浆料。陶瓷浆料经真空除气、凝胶注模成型后制备了具有复杂形状的Si C/多孔碳陶瓷素坯,对坯体的结构和性能进行了表征。树脂浆料固化体将粗细碳化硅颗粒连接在一起实现陶瓷素坯的成型,同时固化体提供素坯强度来源。随固相含量从55 wt.%增加到70 wt.%,样品在凝胶固化和碳化过程中的线性收缩减少,可有效抑制样品发生弯曲变形和开裂;固化体的弯曲强度降低,但均满足机械加工的要求;素坯的孔隙率降低,体积密度增加。Si C/多孔碳陶瓷素坯经反应烧结制备了致密、结构均匀、性能优越的大尺寸、复杂形状反应烧结碳化硅陶瓷。Si C/多孔碳的反应烧结过程符合溶解-沉淀机理,溶解在液相硅中的碳原子扩散迁移到初始α-Si C表面,并以β-Si C的形式沉积在α-Si C表面,β-Si C的外延生长将初始α-Si C颗粒连接在一起形成材料的骨架结构。随固相含量的增加,烧结体中碳化硅含量增加,游离硅含量减低,体积密度增加,同时弯曲强度和断裂韧性均增加。当固相含量为70 wt.%时,新生成的β-Si C将初始α-Si C粘结在一起形成材料的骨架结构,此时游离硅含量仅为17.2%,烧结体的密度、弯曲强度和断裂韧性分别达到3.06 g/cm3、358±16 MPa和4.22±0.13 MPam1/2。