[00117497]结构功能一体化陶瓷基复合材料的设计、制备及其应用基础

本项目属于新材料领域无机非金属基复合材料学科。 高超声速飞行器和高推重比航空发动机是关系国家安全的重大国防装备。国际公认,连续碳纤维增韧碳化硅和碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（C/SiC、SiC/SiC,简称SiC-CMC）的应用是反映一个国家航空航天器设计与制造先进性的标志。SiC-CMC热结构件在高超声速飞行器上应用,必须解决抗烧蚀问题;在高推重比航空发动机上应用,必须解决高温长时抗氧化和雷达隐身问题。这涉及三类SiC-CMC：即抗烧蚀SiC-CMC、抗氧化SiC-CMC和高温吸波SiC-CMC。三者的共性核心问题是SiC-CMC力学性能与功能性能（抗烧蚀、抗氧化、吸波）的协同设计。 本项目从发展新工艺方法、创新设计结构功能一体化陶瓷基体入手,提出在SiC-CMC中原位自生Ti3SiC2、SiBC、SiCN基体的新思路与新方法,建立强韧性Ti3SiC2改性C/SiC、抗氧化SiBC改性C/SiC、以及高温吸波结构型SiCN陶瓷基复合材料体系,揭示上述三类新材料的强韧化、裂纹自愈合控制和多界面吸波机理,突破其应用技术瓶颈。研制的三类新材料性能优于国外报道水平,目前已在多种高超声速飞行器上获得应用,在高推比航空发动机上进入装机验证阶段。本项目发现点与科学价值如下： （1） 突破陶瓷材料传统制备工艺方法,提出结构功能一体化Ti3SiC2、SiBC、SiCN陶瓷的纳米微结构设计与近净尺寸制备新方法。发展3D打印结合反应熔体渗透、多组元化学气相共沉积、诱导分相聚合物转化裂解法,实现陶瓷微结构调控与可控制备,阐明其原位生成机理,解决先进非氧化物结构陶瓷烧结温度高、纳米界面少的难题,制备温度由1600℃以上降至1000 1300℃。 （2） 建立满足超高温环境需求的SiC-CMC新体系。揭示Ti3SiC2改性C/SiC 的强韧化和抗烧蚀机制,提出具有自主知识产权的Ti3SiC2改性C/SiC 材料体系及其设计方法,突破Ti3SiC2改性C/SiC大型复杂构件近净尺寸制造技术。抗烧蚀改性C/SiC翼前缘通过地面试验考核,并在XX 型高超声速飞行器上装机飞行成功。 （3） 创新发展在SiC-CMC中原位自生SiBC基体的新方法,建立具有自主知识产权的SiBC改性SiC-CMC体系。该体系具有优异长时抗氧化性能,已通过地面试验考核,为其在发动机上的应用奠定基础。 （4） 提出高温吸波结构型陶瓷基复合材料的设计原理、微结构模型与吸波机理。创新发展SiCN陶瓷基复合材料制备新方法,突破吸波结构型 SiC/SiCN 大型复杂构件近净尺寸制造技术。研制的SiC/SiCN密XX、调XX检验合格,交付用户。 本项目发表SCI论文140篇,其中《Int. Mater. Rev.》（IF=8.5）1篇、《Carbon》（IF=6.16）17篇、《J. Eur. Ceram. Soc.》和《J. Am. Ceram. Soc.》49篇。2010～2014年在碳和陶瓷材料领域权威期刊《Carbon》、《J. Eur. Ceram. Soc.》和《J. Am. Ceram. Soc.》上发表论文影响因子总和居国际第1位。本项目发表论文被25个国家和地区的600位专家学者引用1800次,其中SCI他引1400次。10篇代表性论文SCI他引230次。ESI高被引论文前3% 4篇,其中前1% 3篇。本项目授权国家发明专利15项。获中国复合材料青年科学家奖、陕西省中青年科技创新领军人才各1次。国际会议大会报告5次、特邀报告30次,2013年成功举办第八届高温陶瓷基复合材料国际会议（HTCMC-8）。 中国工程院杜善义院士和包为民院士评价：该项目总体处于国际先进水平,核心关键技术达到国际领先水平。