一维纳米自愈合网络基体结构构建、抗氧化机理及对Cf/SiC复合材料抗氧化性能的作用机制

In order to solve the poor fatige service life of Cf/B4C-SiC with multi-layered self-healing matrix sturcture under high stress and oxidation atomsphere , a new oxidation resistant matrix structure -one dimentional nano-network of self-healing phase matrix structure is builted. BN nanotube (BNNT) is slected as the one dimentional nano self-healing phase to replace the conventional brittle matrix constituent with function of self-healing （such as B4C). The one dimentional nano-network of self-healing phase can not only seal the cracks, but aslo reinforce the matrix. The matrix can be strengthened or toughened by tailoring the interfacial bonding of BNNT/matrix. The matrix carcking stress and fatige resistance can aslo be improved. More cracks are deflected at BNNT/matrix interface, big cracks are refined. The length of the diffusion path of oxygen is increased and the sealing rate is improved because the narrowness of debonding zone. The oxidation resistance mechanism of the one dimentional nano-network of self-healing phase matrix structure and the Cf/(BNNT+SiC) composite with such self-healing matrix sturcture are studied. These solved new oxidation resistance mechanism can lay the foundation for the better servcie life of Cf/SiC composite under high stress fatige and oxidation atomsphere.

针对基于多层自愈合基体结构的Cf/B4C-SiC复合材料在高应力疲劳氧化条件下使用寿命降低的问题，构建一种新型的一维纳米自愈合网络基体结构。以BN纳米管（BNNT）作为一位纳米自愈合相，取代传统脆性的自愈合陶瓷基体组分(如B4C），起到共强化自愈合作用。通过调控BNNT/基体的界面结合，对基体进行强化或韧化，提高基体的裂纹开裂应力、抗疲劳性能，高比表面积的一维纳米自愈合相诱导裂纹在BNNT/基体界面处偏转，大裂纹枝化、微裂纹化，延长氧气扩散路径，提高裂纹愈合效率。研究一维纳米自愈合网络基体结构的抗氧化机制以及基于一维纳米自愈合网络基体结构的Cf/（BNNT+SiC）的抗氧化机理，为提高Cf/SiC复合材料在高应力疲劳氧化环境下的使用寿命奠定基础。

针对基于多层自愈合基体结构的SiCf（Cf）/B4C-SiC复合材料在高应力疲劳氧化条件下使用寿命降低的问题，构建了一种新型的一维纳米自愈合网络基体结构。以BN纳米管（BNNT）作为一位纳米自愈合相，取代传统脆性的自愈合陶瓷基体组分(如B4C），起到共强化自愈合作用。利用球磨氮化法在纤维表面原位生长BNNTs，构建出SiC纤维-BNNTs多级增强体，BNNTs的原位生长均遵循VLS机制中的应力诱导周期性生长模式。对BNNTs/基体界面修饰研究发现，无和含界面相的BNNTs分别通过对基体裂纹的阻断和偏转作用，提高材料的损伤发展阈值，推迟材料的早期损伤过程。前者为“硬”模式，延迟效果不佳，而后者为“软”模式，推迟效果更显著；两者均会导致材料过早发生断裂失效，但后者情况下，纤维/基体界面结合强度较低，仅略高于原始复合材料，则最终断裂失效也仅略早于原始复合材料。对材料的抗氧化性能研究发现，多级增强复合材料的抗氧化性能明显优于原始复合材料，其抗氧化机理源于玻璃相B2O3对PyC界面相的保护作用以及存活BNNTs的纳米增强体作用。900℃静态氧化环境下，原位生长BNNTs后残留的B粉氧化形成低粘度玻璃相B2O3，弥合氧气扩散通道，阻止氧气向内部扩散，保护PyC界面相，且BNNTs可存活并维持纳米增强体作用。预制微裂纹氧化环境下，当纳米管表面沉积BN界面相后，预制微裂纹非常少，玻璃相仅源于残留B粉， BNNTs被BN界面相保护，氧化损伤较小，整体纳米增强体作用显著。