[发明专利]SiC纤维增强增韧(SiC-BN)m

说明书

本发明涉及一种SiC纤维增强增韧(SiC‑BN)_m多元多层自愈合陶瓷基复合材料及制备方法，首先在SiC纤维预制体中制备热解碳界面，然后引入一定体积分数的SiC基体，得到半致密SiC/SiC复合材料；然后在上述半致密SiC/SiC复合材料中交替沉积SiC、BN基体，形成SiC‑BN多元多层基体((SiC‑BN)m)，获得SiCf/(SiC‑BN)m自愈合复合材料。其中，SiC基体主要起承载作用，BN基体起裂纹偏转和自愈合的作用。一方面，BN的结晶度决定了其抗氧化性能和偏转裂纹的能力，因此通过工艺调控获得高结晶度的BN，同时，基体裂纹作为氧气扩散路径，对材料自愈合性能也有着深刻影响。因此，获得目标层厚比和n值的多元多层SiCf/(SiC‑BN)m是本发明的核心。

技术领域

本发明属于自愈合陶瓷基复合材料及方法，涉及一种SiC纤维增强增韧(SiC-BN)_m多元多层自愈合陶瓷基复合材料及制备方法，具体涉及一种采用化学气相沉积/渗透法(CVD/CVI)在SiC纤维预制体中制备(SiC-BN)_m多元多层陶瓷基体，形成SiC纤维增强增韧(SiC-BN)_m自愈合陶瓷基复合材料的方法。

背景技术

高性能航空发动机是发展先进军用和民用飞机的基础。SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC复合材料)具有低密度，高比强度，高比模量和良好的韧性等一系列优点，成为推重比10以上航空发动机关键热结构材料。但是材料制备与加工过程中形成的孔洞和裂纹会成为氧化介质的扩散通道，导致高温有氧环境下纤维和界面发生氧化；服役过程中产生的基体微裂纹更是加剧了这一过程，造成复合材料损伤并最终失效，严重缩短其使用寿命。因此，研究人员提出，在SiC_f/SiC复合材料中引入自愈合组元(含硼元素，如B₄C或SiBC)，利用该组元氧化反应生成的粘滞流动的玻璃相封填裂纹，可有效提高SiC_f/SiC复合材料的服役寿命。

自愈合陶瓷基复合材料的结构按照自愈合组元的分布方式可以分为多元弥散自愈合和多元多层自愈合。在多元弥散自愈合结构中，自愈合组元均匀分布在连续基质相中，由于生成的玻璃相相对分散，玻璃相生成速度慢且对环境阻力小，自愈合效果较差。多元多层自愈合结构通常由自愈合组元(B₄C或SiBC)和SiC相交替分布构成多元多层基体，其中自愈合组元在高温有氧环境中能够快速氧化生成液态B₂O₃或硼硅玻璃相，玻璃相的粘滞流动能够快速且有效地封填基体中的裂纹和孔隙，阻止氧气进一步向材料内部扩散；SiC基体主要起承载和载荷传递的作用，与自愈合基体相互配合实现对环境介质层层阻拦消耗，使力学和自愈合性能协同提升。

B₄C的起始氧化温度为600℃，(SiC-B₄C)_m(m指matrix，即基体)多元多层基体的有效自愈合温度区间为600-800℃，目前针对SiC_f/(SiC-B₄C)_m自愈合性能的研究也基本集中在这一温度段内；SiBC的起始氧化温度约为800℃，由于其氧化速率较低，(SiC-SiBC)_m多元多层基体的有效自愈合温度区间为1000-1200℃。由此可见，当前缺少针对800-1000℃温度范围内多元多层自愈合基体的研究。B₄C的模量较高；SiBC主要由区域分布的B₄C和SiC构成，由混合法则可知，SiBC模量介于B₄C和SiC模量之间。由于B₄C或SiBC的模量均与SiC模量差异小，受载时基体裂纹无法在含B自愈合组元与SiC之间偏转，不利于复材力学性能的提升。