BN改性对SiC基复合材料结构及性能影响研究

由于碳纤维增强体和SiC基体之间存在热膨胀系数差异，在热应力的作用下复合材料中间产生部分微裂纹。同时，由于制备工艺的限制，复合材料中将不可避免的存在部分残留气孔。当复合材料在高温氧化性气氛中服役时，复合材料中存在的微裂纹和气孔将为氧化性气体向复合材料内部扩散提供通道，使复合材料中的碳相（PyC界面和碳纤维）发生氧化，导致复合材料性能退化甚至失效。通过向复合材料中引入BN对基体和界面涂层进行改性，利用其氧化过程中形成的B2O3流体的自愈合功能愈合，提高氧化性气体向复合材料中扩散的势垒，是提高复合材料抗氧化性能的有效途径之一。本研究拟通过BN有机前驱体浸渍裂解合成BN的方法实现对复合材料界面涂层和基体的改性，得到结构均匀的Cf/SiC-BN复合材料，并在此基础上系统研究BN引入对复合材料结构和性能的影响。

纤维增强陶瓷基复合材料具有密度低、力学常温及高温力学性能优异、应力作用下呈非脆性断裂特征、可靠性高的优点，已成为制约高推重比和大涵道比航空发动机研制的关键材料。本项目针对航空发动机热端部件对陶瓷基复合材料提出的中高温长寿命应用要求，开展了自愈合陶瓷基复合材料设计与制备技术研究。根据自愈合陶瓷基复合材料设计要求，本研究分别采用前驱体热转化工艺和活性填料（单质硼）原位合成工艺实现了以h-BN为自愈合组分的自愈合陶瓷基复合材料制备，在此基础上对制备及氧化过程复合材料的微观结构演化行为进行了评价。研究结果表明，采用聚硼氮烷浸渍-裂解的方式进行复合材料基体改性可获得h-BN改性的自愈合复合材料，且基体中自愈合组分较连续，但由于聚硼氮烷陶瓷产率较低，导致单独采用聚硼氮烷制备自愈合复合材料效率较低。 采用单质硼作为活性填料，利用单质硼发生原位反应时产生的体积膨胀可有效抵消聚硼氮烷等有机前驱体裂解时产生的体积收缩，从而可提高复合材料制备效率。通过采用h-BN作为自愈合相可有效提高陶瓷基复合材料的抗氧化性能。