SiC/SiC复合材料由于具有低密度、高比强度、高比模量等优异性能,且兼有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等特点,在航空航天、国防军工及核领域具有广泛的应用前景。SiC/SiC复合材料的研究受到越来越多的关注,其中先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备SiC/SiC复合材料具有成本低、可制备大型异形构件等优势,成为研究的热点。但是,对PIP工艺制备的SiC/SiC复合材料的性能研究,特别是高温、氧化、长时环境下的性能研究目前鲜有报道。本文开展了PIP技术制备SiC/SiC复合材料的工艺优化研究,对所制备的SiC/SiC复合材料的室温及高温(1300℃)弯曲性能、拉伸性能进行了测试表征及分析,对SiC/SiC复合材料在高温氧化环境下的疲劳、蠕变性能展开了详细研究,并对其高温疲劳、蠕变的损伤机理进行了深入的讨论,最后对SiC/SiC复合材料典型件在发动机环境下的应力应变状态及寿命进行了模拟分析。通过采用含乙烯基液态聚碳硅烷(LPVCS)为先驱体、裂解碳(PyC)界面涂层、热模压工艺及环境障碍涂层(EBC)等工艺优化措施,对PIP技术制备SiC/SiC复合材料工艺进行了改进,制备出性能良好的SiC/SiC复合材料,提高了材料的致密度、缩短了制备周期、并降低了成本。分别研究了LPVCS与传统先驱体PCS、有无PyC界面涂层、不同热模压压力及有无EBC对SiC/SiC复合材料密度、孔隙率、室温弯曲强度、断裂韧性及高温抗氧化性能的影响。研究结果表明:以LPVCS为先驱体,PyC界面涂层厚度控制在500nm左右,热模压压力为3MPa时,经过9个周期的浸渍-交联-裂解过程,制备的SiC/SiC复合材料的密度为2.16g·cm-3,孔隙率为10.6%,室温弯曲强度和断裂韧性分别达到637.5MPa和29.8MPa·m1/2,室温拉伸强度和杨氏模量分别为336.8MPa和94.8GPa。采用Mullite/Er2SiO5+Er2O3涂层体系制备EBC,提高了材料的抗氧化性能,但EBC在1300℃空气环境中20h后开始出现裂纹,至100h左右破损失效。对EBC的改进有待进一步深入研究。对SiC/SiC复合材料在1300℃下的弯曲性能和拉伸性能进行了测试表征、微观形貌观察和分析。SiC/SiC复合材料在1300℃下弯曲强度和断裂韧性分别为470.2MPa和20.7 MPa·m1/2;拉伸强度和杨氏模量分别为226.1MPa和64.4GPa;具有EBC的SiC/SiC复合材料在1300℃下拉伸强度为339.7MPa,杨氏模量为85.5GPa,较没有EBC的复合材料性能有了较大提高。分析了SiC/SiC复合材料高温弯曲和拉伸断裂过程,在1300℃下SiC/SiC复合材料的断裂位移和失效应变均大幅增加,材料呈现“假塑性”的特征;SiC/SiC复合材料的高温氧化损伤包括界面损伤、基体损伤和纤维损伤:PyC界面涂层氧化损耗;SiC纤维与基体发生氧化生成SiO2及C-O-Si等玻璃相,并逐渐覆盖在材料的表面;随着温度的升高和氧化时间的增加,材料表面形成自密封的玻璃相抗氧化层,材料的氧化逐渐变缓。定义sic/sic复合材料疲劳寿命为105次循环,对sic/sic复合材料的高温疲劳性能进行了测试表征和微观形貌观察,具有ebc的sic/sic复合材料在1300℃下疲劳极限为60mpa,没有ebc的sic/sic复合材料在1300℃下的疲劳极限为40mpa。当疲劳应力高于疲劳极限时,材料疲劳断口存在非脆断区和氧化区两个区域,而当疲劳应力低于疲劳极限时,材料疲劳断口平整,呈现脆性断裂的形貌特征。讨论了疲劳应力、温度及频率对sic/sic复合材料疲劳性能的影响:疲劳应力对sic/sic复合材料的高温疲劳性能影响显著,随着疲劳应力的增大,材料的疲劳损伤增加,疲劳寿命降低;在1100℃-1300℃的温度范围内,温度对sic/sic复合材料疲劳性能的影响不大;振动频率对sic/sic复合材料的高温疲劳性能的影响分为两个方面,具有ebc的sic/sic复合材料在高振动频率下疲劳寿命高于低振动频率下的疲劳寿命,没有ebc的sic/sic复合材料,高振动频率使材料的氧化损伤加剧,导致材料的疲劳寿命降低。在对实验数据和微观形貌分析的基础上,提出了sic/sic复合材料高温疲劳损伤演化过程及损伤机理,高温疲劳损伤起源于基体产生的横向裂纹群。在疲劳循环过程中,疲劳损伤包括:界面不断摩擦损耗,滑移阻力不断降低;纤维强度随摩擦、磨损不断下降;高温氧化、长时蠕变等使得纤维与基体性能进一步降低。裂纹通过相互连接扩张、界面脱粘、纤维桥联等方式不断扩展,最终造成sic/sic复合材料的疲劳断裂。对sic/sic复合材料的高温蠕变性能进行了测试表征和微观形貌观察,具有ebc的sic/sic复合材料在1300℃的蠕变极限强度为60mpa,没有ebc的sic/sic复合材料在1300℃的蠕变极限强度为40mpa;材料断口的纤维拔出随着蠕变应力的降低逐渐变短,蠕变应力在蠕变极限强度以内时,断口平整,材料呈现脆性断裂的特征;在1300℃和相同蠕变应力下,具有ebc的sic/sic复合材料的蠕变速率低于没有ebc的sic/sic复合材料1-2数量级;对于具有ebc的sic/sic复合材料,在相同蠕变应力下,1100℃时的蠕变速率低于1300℃时1-2数量级。分别采用经验公式、monkman-grant关系及larson-miler参数的对蠕变实验数据进行拟合,建立适用于sic/sic复合材料高温蠕变寿命的预报的方法。分析了陶瓷基复合材料的蠕变机制,并提出了sic/sic复合材料的蠕变损伤机理,温度低于1100℃,sic/sic复合材料的蠕变行为主要由sic纤维的蠕变机制控制;温度高于1100℃,sic/sic复合材料的蠕变行为主要由sic基体的蠕变机制控制。对sic/sic复合材料进行高温疲劳-蠕变交互作用实验,并提出了高温疲劳-蠕变交互作用损伤机理。在疲劳-蠕变交互作用前期,sic/sic复合材料的损伤主要受到高温蠕变机制的控制,材料应变和应变速率分别迅速增加和降低,基体内形成大量微裂纹;经过一定的循环周期后,高温疲劳成为影响材料损伤的主要机制,基体裂纹迅速扩展、纤维发生桥联,最终发生SiC/SiC复合材料断裂。采用有限元软件对SiC/SiC复合材料构件在高温工况环境下进行了应力应变分析,结合SiC/SiC复合材料高温疲劳、蠕变的实验数据,预报了SiC/SiC复合材料构件在工况下疲劳、蠕变寿命。建立了SiC/SiC复合材料细观有限元模型,并对其进行了应力应变计算。