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化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration,CVI)法具有对纤维造成的损伤小、基体纯度高、工艺设备简单等优点,是连续碳纤维增韧碳化硅复合材料(Continuous Carbon Fiber Reinforced Carbide Composites,C/SiC)产业化的少数几种主要制造技术之一。随着新型航空航天技术的发展,为保持构件承受机械载荷和气动载荷条件下的力学性能,CVI法制备构件时面临构件厚度增加(>4mm)与封闭式结构两大挑战,这对CVI制备过程的渗透能力提出了更高的要求。如何实现厚壁、复杂C/SiC复合材料构件的快速致密化与性能调控,是CVI技术制备高性能复合材料丞待解决的难题。为此,本文以提高C/SiC复合材料的渗透率与强韧化性能为目标,提出了采用飞秒激光辅助CVI(Laser Assisted Chemical Vapor Infiltration,LA-CVI)法制备C/SiC复合材料的新思路。通过系统研究飞秒激光对预制体传质通道制备的影响规律,以及传质通道对复合材料沉积速率、密度均匀性、性能等的调控机制,并结合传质模型和相应模拟计算进行验证,以期提高复合材料的渗透率与致密度,调控复合材料强韧性。在此研究基础之上,通过第二相增韧封填预制体传质通道,拓展其功能性。主要研究内容与结果如下:(1)研究了飞秒激光加工传质通道时,其扫描方式、加工功率、扫描速度及螺旋线扫描间距对其影响规律,并结合激光作用机理研究,获取了飞秒激光制备传质通道的优化工艺。结果表明:单环线扫描加工方式仅能获得环形沟壑,而螺旋线扫描加工方式可以制备出高质量微孔;当激光加工功率小于4W时,只能制备出盲孔。当激光加工功率高于6W时,能够制备出的传质通道质量较高,但当功率过高的时候,会导致传质通道边缘区域严重氧化;激光加工扫描速度小于600mm/s时,其等效光斑耦合数目增多,且光斑重叠率较大,可获得质量较好的直通孔,扫描速度大于600mm/s时,等效光斑耦合数目会相应减小,加工孔锥度较大;激光加工扫描间距小于6μm时,其光斑耦合率较大,加工区域内受到激光脉冲能量的多次重复作用,可获得高质量通孔,当扫描间距增至15μm时,加工区域内所获取能量会低于材料去除阈值,仅能形成盲孔,而孔入口处直径则基本无改变。(2)研究了预制体传质通道对C/SiC复合材料微结构的调控规律,并应用传质演变耦合模型对其进行验证。结果表明:LA-CVI法致密化效果明显,C/SiC复合材料均具有致密带、致密化涂层与SiC颗粒三大典型固有形貌,且致密化涂层的宽度均为100μm左右,并未随传质通道的直径发生任何变化;复合材料的致密度随着传质通道间距的减小,呈现上升的趋势,致密化相对范围越大;复合材料的致密化范围随着传质通道纵向排数的增多而增大,致密均匀化效果显著;初始密度为1.5g/cm~3的预制体,介入传质通道制备,其复合材料致密化效果的明显高于初始密度为1.8g/cm~3的预制体。(3)研究了LA-CVI-C/SiC复合材料的力学性能与断裂失效行为,结合裂纹扩展失效模式与断面结构,分析了传质通道结构对C/SiC复合材料均匀性与力学性能调控机制。结果表明:传质通道直径越小,其强化作用越明显,当传质通道直径大于0.9mm时,强化作用小于应力集中影响,导致弯曲性能下降;传质通道的间距越大,力学性能调控效果越小;当传质通道纵向排布为3排时,复合材料的承载能力与抗弯强度最佳,纵向排布为5排时,因最小净截面的平均应力水平的增加,率先达到材料发生失效损伤水平;初始密度为1.5g/cm~3的预制体,介入传质通道制备,单位时间内SiC的有效渗透率高,沉积率较高低,有效承载能力提高;采用优化工艺制备的LA-CVI-C/SiC复合材料,其力学性能较CVI-C/SiC复合材料而言,弯曲强度提高了16.17%;压缩强度提高了13.8%;剪切强度提高了50%,拉伸强度基本不变。(4)研究了在LA-CVI-C/SiC复合材料传质通道中封填SiCw/CNTs的复合材料工艺规律与性能调控。采用真空浸渍法结合CVI法制备的LA-CVI-C/SiC+SiCw+SiC复合材料,因为引入了高强度、高热导的SiCw作为第二相,使得复合材料弯曲强度较封填之前提升了13.6%,实现了复合材料的导热性能调控,整体热导率较CVI-C/SiC复合材料热导率提升了4倍;采用真空浸渍法结合CVI法制备的LA-CVI-C/SiC+CNTs+SiC复合材料,高强度、高导电的CNTs弥散于增强纤维与基体之间,实现了LA-CVI-C/CNTs/SiC复合材料弯曲强度较封填之前提升了13.2%,导电性能提升了将近260倍,整体有效热导率遵循复合原理,整体热导率较CVI-C/SiC复合材料热导率提升了25倍。