先驅(qū)體轉(zhuǎn)化Si-C-O一維材料和Si-Ti-B-C二維材料的高溫環(huán)境性能研究.pdf

1、碳化硅(SiC)材料具有良好化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械性能以及優(yōu)異的耐高溫性能，是應(yīng)用于高溫、腐蝕性等惡劣環(huán)境的首選材料。鑒于SiC低維材料在高溫領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，本文以?xún)煞N典型先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備高溫結(jié)構(gòu)功能材料——SiC一維(Hi-Nicalon纖維)及二維材料(Si-Ti-B-C薄膜)為研究對(duì)象，對(duì)其高溫環(huán)境性能進(jìn)行研究。
　　 本文研究了高溫空氣和航空發(fā)動(dòng)機(jī)模擬環(huán)境(PH2O∶O2∶Ar=14∶8∶78 kPa)對(duì)Hi-Nicalo

2、n纖維的力學(xué)性能與微結(jié)構(gòu)的影響，揭示了動(dòng)力學(xué)因素影響下纖維拉伸強(qiáng)度及微結(jié)構(gòu)的演變。其次，探索了Si-Ti-B-C薄膜的最佳制備工藝，并對(duì)其高溫惰性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)性能演變進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下：
　　 1、將Hi-Nicalon單絲纖維在1200℃空氣及航空發(fā)動(dòng)機(jī)模擬環(huán)境下進(jìn)行了1-100h退火處理，并對(duì)退火后的纖維進(jìn)行了室溫殘余拉伸強(qiáng)度測(cè)試和微結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明：隨著退火時(shí)間延長(zhǎng)，水氧氣氛中退火處理的纖維室溫殘余拉伸強(qiáng)度

3、平緩下降。相同退火時(shí)間，水氧環(huán)境下退火的纖維比空氣中具有較高的強(qiáng)度保持率。退火處理前后的Hi-Nicalon纖維均為典型的非晶脆性斷裂模式，退火1-5h水氧環(huán)境退火的纖維斷裂主要由內(nèi)部缺陷引起，而空氣中多位于纖維表面。隨退火時(shí)間增加，兩者由芯部/表面氧化層界面裂紋導(dǎo)致斷裂的比例逐漸增大。纖維芯部與氧化層的熱失配顯著導(dǎo)致的界面結(jié)合力逐步下降及氧化層厚度增大導(dǎo)致的纖維有效承載截面減小，是纖維拉伸強(qiáng)度下降的重要影響因素。
　　 2、用

4、物理共混的方法將氮化鈦(TiN)、硼(B)納米粉引入原料PCS中，經(jīng)探索改進(jìn)薄膜的摻雜、氧化交聯(lián)及預(yù)燒工藝，制得了性能優(yōu)良的Si-Ti-B-C自由薄膜。對(duì)薄膜進(jìn)行了惰性氣氛下1500℃、1600℃、1700℃保溫1h的高溫退火處理實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明隨著退火溫度升高，薄膜硬度平緩下降，在1700℃上保溫1h仍具有較高的硬度。相較而言，1600℃退火處理1h的Si-C-O薄膜已發(fā)生嚴(yán)重粉化。由于Si-Ti-B-C薄膜具有較低的氧含量，并且異質(zhì)元