SiBNC纖維增強(qiáng)SiBNC陶瓷復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著能源戰(zhàn)略、航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，目前亟需解決的一個主要問題就是研制出能夠在高溫氧化環(huán)境下長時間使用的高溫結(jié)構(gòu)件材料。SiBNCf/SiBNC陶瓷復(fù)合材料具有SiBNC陶瓷的高溫穩(wěn)定性好，抗氧化性能強(qiáng)，抗結(jié)晶溫度高，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異特性，綜合了SiBNC纖維在高溫下結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能基本保持不變的的優(yōu)點，能夠在1900℃下保持無定形態(tài)。SiBNCf/SiBNC陶瓷復(fù)合材料在航空航天、武器裝備領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
　　本文

2、采用前驅(qū)體聚合物裂解轉(zhuǎn)化及熱壓燒結(jié)技術(shù)相結(jié)合的方法制備了SiBNC纖維增強(qiáng)SiBNC陶瓷基復(fù)合材料(SiBNCf/SiBNC)。采用FTIR、TG、元素分析（EA）、凝膠含量測試等技術(shù)手段對聚硼硅氮烷的固化與交聯(lián)性能進(jìn)行研究，采用SEM、XRD、XPS、阿基米德體積排水法、三點彎曲試驗等研究測試方法對SiBNCf/SiBNC陶瓷復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了深入研究。得出以下結(jié)論：
　　(1)研究了聚硼硅氮烷在230℃的交聯(lián)與裂

3、解性能，在交聯(lián)時間為150min時前驅(qū)體的凝膠含量為88％，此時陶瓷產(chǎn)率達(dá)到65.6%。之后，凝膠含量緩慢增加，增速迅速減緩，確定前驅(qū)體的交聯(lián)工藝為230℃交聯(lián)150min。
　　(2)在熱壓工藝為230℃熱壓120min時得到的SiBNCf/SiBNC陶瓷復(fù)合材料的具有最佳的高溫穩(wěn)定性。并通過優(yōu)化裂解升溫程序，避免了復(fù)合材料由于小分子的熱解與揮發(fā)過快而導(dǎo)致復(fù)合材料出現(xiàn)裂紋甚至斷裂的缺陷。
　　(3)通過浸漬裂解對SiBNC

4、f/SiBNC復(fù)合材料進(jìn)行致密化，發(fā)現(xiàn)隨著復(fù)合材料密度的增大，浸漬效率降低。低密度的復(fù)合材料浸漬更有效，密度增長較快。經(jīng)過3次的浸漬裂解后，復(fù)合材料的密度增加了3.49%-10.56%，氣孔率減少11.40%-14.5%。
　　(4) SiBNCf/SiBNC復(fù)合材料結(jié)構(gòu)由SiC、Si3N4、BN、NC相組成，在800-1500℃具有低的熱膨脹系數(shù)，抗沖擊性能好。同時高溫氧化保護(hù)膜的生成使復(fù)合材料在1500℃范圍內(nèi)具有優(yōu)異的抗氧化

5、和抗結(jié)晶性能。
　　(5)對SiBNCf/SiBNC復(fù)合材料在800-1500℃水氧耦合環(huán)境下進(jìn)行熱處理，分析了在低溫、中溫、高溫段不同的氧化控制機(jī)制。通過測試分析發(fā)現(xiàn)SiBNCf/SiBNC復(fù)合材料具有高溫氧化自愈合功。1400℃空氣氣氛氧化后，復(fù)合材料的密度從1.67g/cm3提高到1.86g/cm3，氣孔率下降41%，抗彎強(qiáng)度從7.51MPa提高到26.54MPa。自愈合功能能夠使SiBNCf/SiBNC復(fù)合材料在高溫下服役