C/C复合材料凭借其优异的热性能和良好的高温力学性能成为当今最具潜力的高温结构材料。然而,C/C复合材料在450℃以上的有氧环境中开始氧化,持续氧化会导致其性能显著退化,限制其使用寿命和应用环境。为进一步提升其抗氧化性能,本论文以SiC前驱体(聚碳硅烷)、ZrC前驱体、ZrB2前驱体和二甲苯可溶煤沥青为原料,通过低温共裂解分别合成了 Si-Zr和Si-Zr-B掺杂沥青,后经共炭化、冷压成型以及高温热处理得到Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料;选用制备得到的Si-Zr掺杂沥青为浸渍剂,经过多次浸渍-热处理得到C/C-SiC-ZrC复合材料,采用XRD、SEM、EDS、TG-DSC等手段对所得试样的物相组成、微观结构和抗氧化性能进行了分析和表征,研究了热处理温度和陶瓷前驱体配比对Si-Zr和Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料抗氧化性能的影响,探讨了 C/C-SiC-ZrC复合材料的高温抗烧蚀机理。研究结果如下:1.采用不同配比PCS、PZC和PZB与一定量沥青二甲苯可溶物混合溶解于二甲苯溶剂中,通过低温共裂解合成了 Si-Zr和Si-Zr-B掺杂沥青。掺杂沥青再经共炭化、冷压成型以及高温热处理分别制得SiC和ZrC颗粒以及SiC、ZrC和ZrB2颗粒均匀弥散的沥青基炭材料。2.原料中PCS和PZC配比对Si-Zr掺杂沥青基炭材料的抗氧化性能有重要影响。随着试样原料中PCS含量的逐渐降低,Si-Zr掺杂沥青基炭材料的氧化失重率逐渐增大,当原料中PCS和PZC质量比为4:1时,所制备的试样(其热处理温度为1600℃)具有较好的抗氧化性能,其在1500℃氧化4h,失重为28.3wt.%。这主要是由于在试样表面形成了一层致密的Si02玻璃态阻氧层,能有效降低氧化性气氛向材料内部扩散的速率,提高其抗氧化性能。3.原料中PCS、PZC和PZB配比对Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料的抗氧化性能有重要影响。随着试样原料中PCS含量的逐渐降低,Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料的失重率呈现先减少后增大的趋势,当原料中PCS、PZC和PZB质量比为1:2:1时,所制备的样品(其热处理温度为1600℃)具有较好的抗氧化性能,其在1500℃氧化4h,失重为27.5wt.%,氧化深度0.7mm。这主要与试样氧化后,在其表面形成一层致密、连续的SiO2-ZrO2-B2O3玻璃态阻氧层有关。4.热处理温度对Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料的物相组成、微观形貌和抗氧化性能具有较大影响,热处理温度过高或过低都不利于其抗氧化性能的提升。随着热处理温度的升高,Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料(其掺杂沥青前驱体中PCS、PZC和PZB的质量比为3:2:2)在1500℃的氧化失重率呈现先减少后增大的趋势,1600℃热处理制备的试样具有较好的抗氧化性能,其在1500℃氧化4h,失重为-14.6wt.%,氧化深度为0.4mm。这主要与在该温度条件下前驱体能完全裂解成具有合适晶粒尺寸的无机陶瓷有关。5.以制备得到的Si-Zr掺杂沥青为浸渍剂,采用高压PIP法制备了含有二元陶瓷相的C/C-SiC-ZrC复合材料。该方法制备的材料中,陶瓷相能够充分填充多孔C/C复合材料的孔隙并在孔隙中均匀弥散,且贯穿于整个材料的厚度方向。6.随着浸渍剂中PZC含量的增加,经氧-乙炔烧蚀测试,C/C-SiC-ZrC复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率呈现先减小后增大的趋势。当混合前驱体中PCS与PZC的质量比为1:4时,C/C-SiC-ZrC复合材料具有较好的抗烧蚀性能。其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.011 mm·s-1和0.0009 g·s-1。材料经过80s烧蚀后,材料烧蚀表面的三个不同区域形成了不同的抗氧化保护层,能有效降低氧化性气氛向材料内部扩散的速率,提升材料的抗烧蚀性能。