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碳纤维增强硅碳氮复合材料(C_f/SiCN)比强度高、比模量高、耐高温、抗氧化、耐磨损以及热稳定性好,是一种极具应用潜力的航空航天热结构材料。前驱体浸渍裂解(PIP)法是制备C_f/SiCN复合材料的主要方法,PIP法具有设备简单,制备成本低,对环境无污染等优点。以聚硅氮烷HTT 1800作为陶瓷前驱体,研究聚硅氮烷陶瓷前驱体的固化裂解机理;分别以3D针刺型碳纤维预制体和2D层叠碳纤维布作为增强体,探究不同裂解温度和浸渍、固化、裂解工艺循环次数对复合材料组织结构、力学性能、界面结合状况的影响,得到PIP法制备C_f/SiCN复合材料的最佳工艺参数;研究不同热震温差以及服役温度下复合材料的力学性能、组织结构以及微观界面状况。聚硅氮烷前驱体经过溶剂及低聚物逸出(250~℃以下)、乙烯基加聚反应和脱氨缩聚反应(250~℃~500~℃)以及无机化过程(500~℃以上),在温度达到900~℃时基本完成无机化转变为非晶SiCN陶瓷,裂解温度升高到1100~℃以上时,陶瓷逐渐析晶出β-SiC相。PIP法制备C_f/SiCN复合材料的最优工艺参数为固化温度为250~℃,裂解温度为900~℃。采用3D针刺碳纤维预制体所制备的C_f/SiCN复合材料具有更好的致密度和力学性能,复合材料材料经6次浸渍、固化、裂解工艺循环,所得到SiCN复合材料密度为1.60 g/cm~3,开气孔率为19.0%,室温抗弯强度为75MPa,弹性模量为66GPa。热震温差从780~℃上升至1180~℃时,C_f/SiCN复合材料残留抗弯强度保持率由93.3%下降到14.6%,复合材料的断裂方式变为脆性断裂;热震温差达到980~℃以上时材料表面碳纤维完全氧化,残留大量孔洞,内部碳纤维氧化严重,部分纤维与基体之间产生脱粘现象,材料性能退化;热震温差达到1180~℃时纤维完全被氧化,纤维氧化残留的孔洞开裂产生明显裂纹,使材料性能大幅退化。复合材料高温抗弯强度随着温度增高呈下降趋势,温度低于800~℃时,复合材料仍具有很高的强度;当温度达到1000~℃时,材料抗弯强度下降到35MPa,且呈现脆性断裂。随着温度增高,复合材料表面碳纤维氧化情况加剧,温度达到800~℃以上时复合材料表面碳纤维基本氧化消失,表面有大量空洞,无明显裂纹。温度升高复合材料内部纤维拔出现象减少,且纤维收缩与基体出现脱粘现象;服役温度达到1000~℃时,复合材料内部碳纤维基本被氧化,剩余基体无明显开裂现象,使材料保留一定强度,但呈脆性断裂。复合材料的热处理温度在1000~℃以下时,复合材料表面仍呈现SiCN非晶结构,陶瓷基体结构稳定;当热处理温度达到1200~℃时,陶瓷基体被氧化,XRD图谱中出现α-方石英相衍射峰,使得陶瓷基体力学性能大幅下降。