Si-O-C界面层对C/SiC-N复合材料力学性能和热膨胀性能的影响

2018-07-23卢国锋乔生儒

材料工程 2018年7期

卢国锋，乔生儒

(1渭南师范学院化学与材料学院，陕西渭南 714099；2西北工业大学超高温复合材料国家重点实验室，西安 710072)

连续碳纤维增强陶瓷基复合材料(Carbon Fiber Reinfored Ceramic Matrix Composits, CFCMCs)因具有良好的高温性能而在航空航天领域有着非常光明的应用前景[1]。但其缺点是抗氧化性能较低[2]，从而限制了它在一些领域的应用。

碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料(C/Si-C-N)是一种新型的陶瓷基复合材料，由于其自身具有较高的抗氧化性能，因此在航空航天领域有着较好的应用前景。但是，C/Si-C-N复合材料只是在900℃以下抗氧化性能较高，而在900℃以上抗氧化性能则不甚理想[3]，这在一定程度上影响了它的应用前景，因此有必要以C/Si-C-N为基础进一步提高其抗氧化性能。

对于CFCMCs而言，提高其抗氧化能力的途径通常包括：为复合材料设计合适的防氧化涂层，在复合材料基体中加入添加剂等[4-5]。为复合材料设计适宜的界面层也是其中一个非常重要的方法。Labruquère等[6]及Lu等[7]曾分别选择BC，Si-B-C，SiC和莫来石为界面层来提高CFCMCs的抗氧化能力。研究结果表明: 选用合适的界面层可以使CFCMCs的抗氧化能力提高。但Lu的研究结果还表明，抗氧化界面层的使用往往会使复合材料的力学性能出现明显下降[8]。因此，有必要探索新的陶瓷界面层。

Si-O-C陶瓷具有良好的热稳定性、化学稳定性、较好的力学性能和抗蠕变性能[9]，可作为C/Si-C-N的界面层材料。为此，在本工作中，制备了以Si-O-C为界面层的C/Si-C-N复合材料(C/Si-O-C/Si-C-N)，研究了Si-O-C陶瓷界面层对C/Si-C-N复合材料力学性能和热膨胀性能的影响。