界面層對SiCf/SiC復合材料力學性能及氧化行為的影響

張冰玉，王 嶺，焦 健，楊金華，劉善華

（中航復合材料有限責任公司，北京 101300）

隨著對航空發動機燃油效率和推重比要求的不斷提高，航空工業對高溫材料也提出了更加迫切的需求。傳統的高溫合金已經不能滿足使用要求（高溫合金使用溫度上限1100℃），目前各國的研發重點為陶瓷基復合材料，尤其是抗氧化性優異的SiCf/SiC復合材料。與金屬材料相比，SiCf/SiC具有以下優勢：密度低，僅為高溫合金的1/3～1/4；耐高溫，可在700～1650℃范圍內工作數百甚至上千小時；具有良好的抗氧化性能[1-3]。

SiCf/SiC復合材料的結構單元包括增強纖維、界面層、SiC基體和表面涂層等。界面層作為陶瓷基復合材料重要的結構單元，能夠調節纖維與基體的結合強度，改善材料的斷裂模式，界面層還可以作為氧擴散阻擋層，保護纖維不受氧化。典型的界面層類型包括界面層與纖維弱結合、界面層與纖維強結合且界面層具有層狀晶結構、界面層與纖維強結合且界面層為（X-Y）n多層結構、界面層與纖維強結合且界面層為多孔結構以及非理想界面層[4]。SiCf/SiC復合材料最常用的界面層是各向異性熱解碳（Pyrocarbon, PyC）層，雖然從力學角度看，PyC界面層可使復合材料表現出非線性力學行為，但其致命缺點是在高于800℃的氧化氣氛中極易氧化[5]，PyC界面層在高溫氧化氣氛中的應用也因此受到了限制。BN（氮化硼）與熱解碳有相似的層狀結構，BN卻具有優異的抗氧化性能，BN在850℃開始氧化[6]，氧化后生成的B2O3在高溫下具有自愈合裂紋的能力，能夠阻止氧原子進一步向材料內部彌散，顯著提高纖維的抗氧化性能，從而延長復合材料在高溫氧化氣氛下的使用壽命。……