自愈合C∕SiC陶瓷基复合材料的制备工艺与性能

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1、论坛FORUM自愈合C/SiC陶瓷基复合*材料的制备工艺与性能ProcessingandPropertiesofSelf-HealingC/SiCCeramicMatrixComposites西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室成来飞　左新章　刘永胜　殷小玮　栾新刚　张立同为了提高CMC-SiC高温抗氧化性和长时间服役的寿命，必须对CMC-SiC进行自愈合改性，使裂纹和孔洞处能够原位自生成玻璃相，以达到在服役过程中主动封填的效果，阻止氧化性介质向内扩散，降低PyC和C纤维的氧化损伤。为（对裂纹不敏感，不会发生灾难性役环境中的

2、应力作用会促使CMC-破坏等特点）。该材料既克服了陶瓷SiC基体开裂，加速碳相的损伤和氧材料结构脆性差、可靠性低等致命弱化，最终导致材料的失效，严重影响成来飞西北工业大学教授，博士生导师。点，同时与传统的高温合金相比具有其在高温氧化环境下服役长寿命的教育部长江学者特聘教授，国家杰出青不可比拟的优势，如密度更低（2~3g/要求，从而制约CMC-SiC在高推重年科学基金获得者。现任超高温结构复3cm）、比强度和比模量更高，耐高温比发动机的应用。为了提高CMC-合材料国家级重点实验室主任，国务院性和适应环境能力更强，已成为各国SiC高

3、温抗氧化性和长时间服役的学位委员会材料科学评议组成员。竞相研究的热点，尤其在高推重比航寿命，必须对CMC-SiC进行自愈合空发动机热结构方面的应用更是引改性，使裂纹和孔洞处能够原位自[4-5]起广泛的重视。CMC-SiC材料不生成玻璃相，以达到在服役过程中连续纤维增韧SiC陶瓷基复合仅能使结构有效减重50%~70%，而主动封填的效果，阻止氧化性介质材料（C/SiCceramicmatrixcomposites,且能够提高发动机的工作温度潜力向内扩散，降低PyC和C纤维的氧[8-12]CMC-SiC）作为一种新型的热结构材为400

4、~500℃，可显著提高发动机的化损伤。目前，已发展了多种途[1-3][6-7]料，不但继承了SiC陶瓷的优异推重比。径对CMC-SiC进行改性，具体如下：高温性能，而且具有类金属的断裂行然而，在高温氧化环境下，CMC-（1）改善纤维，利用抗氧化性较高的[1,13]SiC材料中微裂纹和孔洞易成为氧SylramicSiC纤维；（2）利用自愈[14-15]化性介质（O2和H2O）的通道，导致合界面层BN取代PyC；（3）利*　国家自然科学基金面上项目（51002120），CMC-SiC组元中的界面相热解碳用含B的组元对基体进行改性，如

5、国家重大科学仪器设备开发专项[16-17][18-20]（2011YQ12007504）资助。（PyC）和碳纤维氧化受损；此外，服BCx体系、Si-B-C体系和24航空制造技术·2014年第6期论坛FORUMKeyTechnologyforCeramicMatrixComposites陶瓷基复合材料关键技术[8,21]硼硅玻璃（4）对外层的涂层进；O2/H2OO2/H2O连续的SiC[22-25]行自愈合改性。相关研究表明：自愈合改性后的CMC-SiC抗氧化性能得到提高，尤其对于基体和涂层改玻璃密封胶分散玻璃性后的效果提升更为显

6、著，在高温环自愈合C/SiC陶瓷基复合多层玻璃形成阶段境下可满足长寿命服役的要求，改性形成阶段多层SiC后的CMC-SiC构件长时间应用于国玻璃密封胶[26-27]*外高性能发动机已见相关报道。材料的制备工艺与性能本文主要就西北工业大学超高温结构复合材料实验室对C/SiC复原位反应:B4C＋SiC＋O2(H2O)→B2O3·SiO2＋COProcessingandPropertiesofSelf-HealingC/SiCCeramicMatrixComposites合材料基体改性的制备工艺、结构特玻璃密封胶点进行相关介绍，并考核

7、和评价自愈愈合密封流动合基体改性后的CMC-SiC复合材料图1基体裂纹自愈合原理示意图西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室成来飞　左新章　刘永胜　殷小玮　栾新刚　张立同的抗氧化性能及相关力学性能，同时揭示其自愈合改性机理。改性原理SiC-BC基体4对于基体改性SiC的组元，要求为了提高CMC-SiC高温抗氧化性和长时间服役的寿SiC-B4C基体其模量与SiC匹配，同时改性后形成命，必须对CMC-SiC进行自愈合改性，使裂纹和孔洞处能的玻璃相与SiC有很好的润湿性，能200μm200μm够原位自生成玻璃相，以达到在服役过程中主

8、动封填的效够在SiC表面润湿，从而可以封填裂果，阻止氧化性介质向内扩散，降低PyC和C纤维的氧化纹。本实验室利用3种含B的组元图2B4C和SiB4颗粒弥散改性后的2DC/SiC微观形貌材料对SiC基体进行改性，分别为含图1右侧为颗粒弥损伤。B组元（SiB4、B4