摘要: 氮化硅纤维具有高强度、高模量、低介电常数以及良好的高温透波性能，其在天线罩、高超声速飞行器等透波材料上的应用也越来越广泛。以氮化硅纤维作为增强体的复合材料具有十分广阔的应用前景。本文首先分析了氮化硅纤维的力学性能、元素组成以及微观... 展开 氮化硅纤维具有高强度、高模量、低介电常数以及良好的高温透波性能，其在天线罩、高超声速飞行器等透波材料上的应用也越来越广泛。以氮化硅纤维作为增强体的复合材料具有十分广阔的应用前景。本文首先分析了氮化硅纤维的力学性能、元素组成以及微观结构等，系统表征了其在空气和氮气环境下的耐高温性能；在氮化硅纤维表面引入SiON涂层，并探究了涂层的组成以及其对纤维力学性能的影响；完成了Si3N4f/SiO2制备及性能测试，并将其与SiO2f/SiO2束丝复合材料进行比对；此外，还探究了Si3N4f/SiO2-BN束丝复合材料的组成与力学性能。 首先研究了氮化硅纤维的耐高温性能，探究了氮化硅纤维在氮气和空气中经过高温处理后的力学性能，结果表明在空气气氛中，温度的逐渐升高促使了纤维氧化反应的发生，使纤维表面的氮化硅氧化成二氧化硅，进而形成氧化膜，使得纤维的强度下降。而相对较缓的退化速度则表明了纤维在空气中温度1200℃以下仍能保持一个相对较长的使用寿命；在氮气气氛中，即使在经过1400℃的热处理后，纤维仍保持着无定形形态和相对较好的力学强度，而当热处理温度达到1500℃时，Si3N4结晶会出现，纤维拉伸强度退化。根据氮化硅结晶的的温度，可以知道氮化硅纤维在氮气中1400℃以下能够保持较好的力学性能。 研究了在氮化硅纤维上进行PHPS转化涂层的制备条件，并着重研究了涂层对于纤维力学强度的影响，也对涂层的结构以及化学组成进行了相关探究。制备涂层的较优工艺条件为：氮化硅纤维经丙酮浸泡和超声分散处理，采用5wt%PHPS浸渍，涂层转化条件为100℃空气气氛。涂层的组成主要是Si、O、N三种元素。当PHPS浓度为5wt%时，转化涂层对于纤维的常温力学性能提升最大，可达24.1%，涂层纤维在1200℃以下时力学强度有所提升，在更高温度下力学性能则较涂层之前有所下降。 采用溶胶-凝胶法制备了Si3N4f/SiO2束丝复合材料，并对其组成、结构和力学性能进行了比对。结果显示：Si3N4f/SiO2束丝复合材料均未出现明显的界面反应；涂层Si3N4f/SiO2束丝复合材料和未涂层Si3N4f/SiO2束丝复合材料相比力学性能有提升，常温下拉伸强度提升了15.8%；Si3N4f/SiO2束丝复合材料在1000℃和1200℃高温处理后拉伸强度分别为95.01MPa和57.59MPa，而SiO2f/SiO2束丝复合材料则仅有83.52MPa和28.54MPa，说明了涂层Si3N4f/SiO2束丝复合材料的热稳定性要优于SiO2f/SiO2束丝复合材料。 采用溶胶-凝胶法结合PIP法制备了Si3N4f/SiO2-BN束丝复合材料，并对其组成、结构以及力学性能进行了研究。结果显示：石英基体与BN基体发生了界面反应，界面主要由Si-N和Si-O-B-N化学键构成，界面相主要包括Si3N4和B2O3两相；未经高温处理的Si3N4f/SiO2-BN束丝复合材料，在拉伸断裂过程中存在纤维拔出，而当复合材料经过1000℃高温处理后，仍具有较好的力学性能，主要是由于高温下玻璃态的石英和SiON涂层对于纤维和基体中的微裂纹的愈合作用。而当热处理温度升高到1200℃以上时，复合材料的强度明显下降，主要是由于复合材料中微裂纹的增多，界面反应更加剧烈，并且纤维强度也有所下降。 收起