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随着全方位探测技术的发展,飞行器高温部件的雷达隐身问题亟待解决。耐高温、结构吸波型连续Si C纤维增强陶瓷基复合材料有发展潜力,发达国家已进入应用阶段,鲜有公开报道。国内研制的Si C/Si C复合材料在8~18 GHz(X和Ku波段)多具有电磁波反射特性,因此自主发展此类新型材料势在必行。本文以Si C纤维增强陶瓷基复合材料的承载/吸波一体化为目标,分别研究了Si C纤维、BN界面、Si(B)CN基体的微结构与电磁性能关系。通过聚合物转化裂解法(PIP)和化学气相沉积法(CVD/CVI)制备了Si C纤维增强Si(B)CN基复合材料,研究了其组成/微结构与力学/电磁性能关系。主要研究内容与结果如下:(1)根据复合材料设计原理和电磁传输线理论预测了力学/吸波性能协同的复合材料各结构单元组成。表明由Si C纤维,BN界面,Si BCN、Si CN或Si3N4基体组成的复合材料,有望满足耐高温、高比强、高比模和强吸波要求。(2)研究了Si C纤维组成/微结构与电磁性能的关系。表明对未经终烧的富碳型Si C纤维高温处理后,纤维中出现Si C纳米晶和自由碳簇,介电性能显著提高;在终烧过的Si C纤维中,氧含量主要影响Si C和Si O2微晶尺度与含量,低氧含量纤维介电常数高。碳含量主要影响自由碳量与尺度,高碳含量纤维介电损耗大;低温表面脱碳和表面沉积BN均可改善富碳型Si C纤维的阻抗失配,但前者导致Si C纤维束拉伸强度降低29.25%,而后者提高其拉伸强度1.39%。(3)研究了高温处理和掺入纳米Si C粉体对PIP Si BCN基体微结构与电磁性能的影响。表明:(a)经900 oC裂解的Si BCN基体为非晶态,具有低介低损性能(介电常数2.75-j0.03,介电损耗0.011);再经1350 oC处理,Si C纳米晶开始析出;1650 oC处理后,Si C纳米晶大量析出并弥散分布于非晶态Si BCN基体中,使该陶瓷具有中介中损性能(介电常数9.11-j5.24,介电损耗0.575);(b)在PIP Si BCN基体中掺入纳米Si C粉体,经1350 oC以上处理后,该陶瓷异质界面处应力集中诱导Si C和Si3N4纳米晶大量析出,大幅提高其介电性能;1650oC处理掺有20 wt.%纳米Si C粉体的Si BCN(20Si C-Si BCN-1650),具有高介高损性能(介电常数12.12-j28.62,介电损耗2.36),可作为高温吸波剂候选材料。(4)研究了Si Cl4-C3H6-NH3-H2先驱体体系制备CVI Si-C-N基体的热力学和动力学,及其工艺-微结构-电磁性能的关系。(a)热力学计算表明,当体系反应温度为800~1000 oC、总压为0.01 atm、[H2]/[Si Cl4]=10时,提高[N]/[Si]比和降低[C]/[Si]比均有利于形成Si3N4+Si C两相区;(b)动力学实验表明,800 oC和[Si]:[C]:[N]=4.25:9:1时所制Si C-Si3N4复相基体由非晶态Si3N4和弥散其中的Si C微晶(粒径5 nm)组成,具有低介电常数(4.91-j2.15)和中等介电损耗(0.438),可同时实现阻抗匹配和电磁衰减,是高温吸波基体的优良候选材料。(5)制备了兼具良好力学和吸波性能的高碳/低碳Si C纤维(BN界面)增强Si(B)CN基复合材料,并进一步优化其吸波性能。表明:(a)PIP Si C/Si BCN复合材料的室温弯曲强度为169.7 MPa、弹性模量为58.8GPa、断裂韧性为8.2 MPa·m1/2,介电常数为27.76-j30.58、介电损耗为1.10、电磁反射系数较高(-2.89 d B);PIP Si C/Si BCN若经1350 oC处理,其电磁反射系数可降至-6.04 d B,但弯曲强度降低40.25%;若在PIP Si C/Si BCN表面制备含20Si C-Si BCN-1650吸波剂的涂层,可使电磁反射系数显著降至-12.13 d B,并兼顾良好力学性能。(b)与PIP Si C/Si BCN相比,CVI Si C/Si C-Si3N4的室温弯曲强度、弹性模量和断裂韧性分别提高至326.3 MPa、84.2 GPa和9.4 MPa·m1/2。介电常数降至7.17-j9.40、介电损耗增至1.30、电磁反射系数降至-5.15 d B,吸波性能有所提高。根据阻抗匹配模型和改进Salisbury模型对高碳和低碳Si C纤维布做混铺设计,可使该类材料的电磁反射系数大幅降至-22.97 d B,且全频小于-10 d B。