抗氧化SiCf/SiC复合材料SiC/BN复合界面调控及其强韧化机理研究

界面改性对提高SiCf/SiC复合材料的力学及抗氧化性能起着至关重要的作用。本项目拟开展抗氧化SiCf/SiC复合材料多组元界面调控及强韧化机理研究：（1）系统研究先驱体法SiC纤维的表面结构及特征，为其界面改性设计提供理论基础；（2）详细设计并优化CVD SiC/BN复合涂层结构，特别是SiC、BN涂层的先后顺序、厚度及层数，获得适于强韧化、抗氧化的复合界面涂层的结构特征及控制方法；（3）通过多种研究手段，揭示SiCf/SiC复合材料SiC/BN复合界面涂层的强韧化机理；（4）研究透彻SiC/BN复合界面涂层在500～1300℃空气环境下的抗氧化效果与机制。在以上研究基础上，制备出兼具良好力学性能和抗氧化性能的SiCf/SiC复合材料，为丰富抗氧化SiCf/SiC复合材料的强韧化途径提供新的思路和方法。

SiCf/SiC复合材料具有高比强度、高比模量、高的耐热性和抗氧化能力等诸多优异性能，逐渐成为在航空航天、热核聚变堆等先进工业领域具有广泛应用前景的结构/功能材料。对于 SiCf/SiC 来说，除了SiC 纤维和基体本身的性能外，决定其力学性能和抗氧化性能的主要因素是纤维与基体间的界面。界面相作为SiCf/SiC 复合材料优化设计的核心内容之一，既通过影响界面结合强度改变复合材料的力学性能和断裂特征，又因其氧化活性影响复合材料的氧化性能。本项目开展了抗氧化SiCf/SiC复合材料多组元界面调控及强韧化机理研究，包括SiC 纤维的表面物理化学状态、结构特征研究、SiC/BN 复合界面结构的设计与制备工艺优化、SiC/BN 层状复合界面结构的强韧化机理研究、SiC/BN 复合界面涂层的抗氧化机制研究等。通过这些研究，优化出了纤维增强SiC复合材料界面改性涂层的制备方法，揭示了涂层结构对复合材料性能的影响特征和强韧化机理，阐明了SiC/BN界面改性涂层对复合材料抗氧化性能的影响机制。结果表明：纤维涂层可以极大的提高材料的力学性能和抗氧化性能，涂层以后的纤维其复合材料的抗弯强度与断裂韧性可以达到701MPa和26.5MPa·m1/2，1300℃在空气中氧化2小时后，复合材料的强度保留率达到78%，SiC/BN涂层氧化后形成的B2O3、SiO2在700~1100℃时为玻璃态粘稠物质，具有较好的流动性和裂纹自愈合能力，是实现提高复合材料抗氧化性能的主要原因。因此，本项目取得的研究结果对丰富高性能SiCf/SiC复合材料的制备方法具有较好的科学意义。