本發(fā)明涉及一種ZrC-SiC陶瓷復合材料的制備方法及應用。

背景技術：

隨著飛行器飛行速度的不斷提高，對熱防護材料的要求也越來越高。在高超聲速飛行器長時間飛行或跨大氣層飛行過程中，飛行器鼻錐、翼前緣、發(fā)動機進氣室等部位與空氣發(fā)生強烈作用，受到嚴重的氣動加熱，為了確保其在大氣中重復使用，要求研發(fā)出力學性能、熱物理性能、抗氧化性能和抗燒蝕性能等綜合性能優(yōu)異的熱防護材料。SiC具有低密度、抗氧化、耐高溫、耐沖刷等特性，以其為陶瓷基體，以碳纖維(CF)為增強體制備的復合材料短時間的使用溫度不能高于1800℃，長時間使用溫度不能高于1600℃，在2000℃以上的超高溫環(huán)境中使用仍然具有相當大的困難。ZrC具有熔點高(3530℃)、硬度大(顯微硬度為26GPa)、抗燒蝕、熱膨脹系數(shù)低、高溫力學性能突出等一系列優(yōu)點，是一種優(yōu)異的超高溫陶瓷材料，所以，采用CF為增強增韌相，以ZrC-SiC復相陶瓷為耐超高溫的功能相，制備一種新型纖維增強超高溫陶瓷復合材料，對于探索力學性能突出、高溫抗氧化性能優(yōu)異的超高溫陶瓷復合材料具有重要意義。

目前，CF增韌陶瓷基復合材料普遍存在的一個問題是CF與陶瓷基體界面結合較差。CF本身表面光滑，呈惰性，不利于陶瓷基體的包覆。纖維與陶瓷基體之間較低的界面能，較差的界面結合力會嚴重影響CF的增韌效果，不利于提高復合材料的力學性能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有碳纖維與ZrC-SiC復相陶瓷基體相容性低、界面結合差的問題，同時解決現(xiàn)有超高溫陶瓷材料脆性大、強度低的問題，提供一種碳纖維-碳化硅納米線強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料的制備方法及應用。

本發(fā)明碳纖維-碳化硅納米線強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料的制備方法，包括以下步驟：

一、碳纖維表面預處理：將碳纖維三維編織物加工成實驗所需規(guī)格的立方塊，在75℃沸騰的丙酮中浸泡24～48h，取出后置于80℃的鼓風干燥箱內干燥12～24h，在室溫下，將干燥后的碳纖維編織物浸沒在質量分數(shù)為75％的濃硝酸中，浸泡1～7h后取出，用去離子水洗滌至中性，然后置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內干燥24h，得到表面預處理的碳纖維三維編織物；

二、碳纖維表面催化劑加載：以Ni(NO₃)₂或Co(NO₃)₂為溶質，以丙酮為溶劑配制出濃度為0.01～0.09mol/L的催化劑溶液，將步驟一得到的預處理完成的碳纖維三維編織物放入催化劑溶液中，室溫條件下浸泡，之后將浸泡過的纖維編織物置于溫度為80℃的恒溫干燥箱內干燥12h；

三、碳纖維-碳化硅納米線(CF-SiC_nws)多層次增強體制備：采用化學氣相滲透(CVI)技術在碳纖維表面生長SiC_nws，具體的生長工藝為：將加載有催化劑的碳纖維編織物放入化學氣相滲透爐中，在高純氬氣氣氛保護下升溫至1000～1100℃，通入H₂和甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)，其中H₂用作還原劑及載氣，CH₃SiCl₃提供C源和Si源，控制壓強為200Pa，反應氣體體積比為：H₂/CH₃SiCl₃＝5：1，反應時間為50～100h，最后在氬氣保護下降溫至室溫，制得CF-SiC_nws多層次增強體；

四、CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料的制備：將ZrC陶瓷先驅體及SiC陶瓷先驅體(聚碳硅烷，PCS)按照質量之比為5～3:1溶于二甲苯中制備出質量分數(shù)為60％～70％的陶瓷先驅體溶液，將步驟三得到的CF-SiC_nws多層次增強體浸沒在先驅體溶液中，采用真空浸漬的方法浸漬20～60min；然后將浸漬完陶瓷先驅體的試樣置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內固化12h，固化完成后將試樣裝入高溫裂解爐，室溫下向裂解爐中通入高純Ar保持30min，在高純Ar氣氛下以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升高到1000℃，保溫30min，隨后以5℃/min的升溫速率將溫度升高至1400～1600℃，保溫1h，之后在Ar氣氛保護下自然降溫至室溫完成裂解，反復進行先驅體浸漬-固化-裂解過程6次使得復合材料致密化，最終得到CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料。

步驟四所述ZrC陶瓷先驅體的制備方法為：在室溫、機械攪拌條件下，以ZrCl₄為鋯源，與乙醇反應生成Zr(OC₂H₅)₄。然后加入1,4-丁二醇和乙酰丙酮，反應并減壓蒸餾除去其中的溶劑，最后得到橙紅色的ZrC陶瓷先驅體粉末。

上述碳纖維-碳化硅納米線強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料作為一種輕質、強韌化、高可靠性熱防護材料可用于制備高超聲速飛行器鼻錐、端頭及飛機剎車片等超高溫部位結構。

超高溫陶瓷材料具有脆性大、抗熱沖擊性差、熱導率高等缺點。而碳纖維具有優(yōu)異的力學性能，與其他纖維相比具有高比模量和高比強度。研究表明碳纖維在高溫(2000℃以上)惰性環(huán)境中，其性能優(yōu)于其他纖維，強度不會因溫度的升高而下降。另外，碳纖維具有耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良特點。所以，碳纖維增強超高溫陶瓷復合材料，尤其是長纖維增強陶瓷復合材料可以明顯提高材料的綜合性能。陶瓷基體的選擇及纖維與基體之間的界面控制決定了超高溫陶瓷復合材料的性能。只有當碳纖維與陶瓷基體之間具有適當?shù)慕缑娼Y合力，基體材料才能有效傳遞外界載荷，起到纖維增韌的作用。本發(fā)明通過在CF表面垂直生長SiC_nws，制備CF-SiC_nws多層次增強體，將CF的比表面積從0.25m²/g提高到CF-SiC_nws的5.18m²/g，增加了CF與陶瓷基體之間的界面剪切強度，改善界面性能，對陶瓷基復合材料的強韌化具有十分重要的意義。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明制備的碳纖維-碳化硅納米線多層次增強體強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料，采用化學氣相滲透技術在碳纖維表面垂直生長碳化硅納米線，將比表面積從CF的0.25m²/g提高到CF-SiC_nws的5.18m²/g，實現(xiàn)了CF與SiC_nws之間的有效連接，顯著增大了CF與ZrC-SiC陶瓷基體的界面結合強度，保證了陶瓷基體與CF-SiC_nws之間載荷的有效傳遞，充分發(fā)揮了CF的增強增韌作用。

2、本發(fā)明采用先驅體浸漬裂解(PIP)技術，以不同比例含量的ZrC有機前驅體和PCS為陶瓷先驅體，以CF-SiC_nws為多層次增強增韌相，制備的CF-SiC_nws/ZrC-SiC陶瓷復合材料具有更加優(yōu)異的力學性能，本發(fā)明制備的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料壓縮強度可達到25.77MPa，CF-SiC_nws/ZrC-SiC斷裂韌性可達到6.19MPa·m^1/2。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的CF-SiC_nws多層次復合增強體放大2400倍的表面掃描照片；

圖2為實施例1所制備的CF-SiC_nws多層次復合增強體放大80000倍的SiC_nws表面掃描照片；

圖3為實施例1所制備的CF-SiC_nws多層次復合增強體放大600倍的斷面掃描照片；

圖4為實施例1所制備的CF-SiC_nws多層次復合增強體放大5000倍的斷面掃描照片；

圖5為實施例2所制備的CF-SiC_nws多層次復合增強體的X射線衍射圖譜；

圖6為實施例3中浸漬裂解循環(huán)2次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的表面掃描照片；

圖7為實施例3中浸漬裂解循環(huán)2次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的斷面掃描照片；

圖8為實施例3中浸漬裂解循環(huán)4次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的表面掃描照片；

圖9為實施例3中浸漬裂解循環(huán)4次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的斷面掃描照片；

圖10為實施例3中浸漬裂解循環(huán)6次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的表面掃描照片；

圖11為實施例3中浸漬裂解循環(huán)6次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的斷面掃描照片；

圖12為實施例3所制備的ZrC-SiC陶瓷基體的X射線衍射圖譜；

圖13為實施例3所制備的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的壓縮強度測試結果。

具體實施方式

本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式碳纖維-碳化硅納米線強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料的制備方法，包括以下步驟：

一、碳纖維表面預處理：將碳纖維三維編織物加工成立方塊，在75℃沸騰的丙酮中浸泡24～48h，取出，干燥，在室溫下，將干燥后的碳纖維編織物浸沒在質量分數(shù)為75％的濃硝酸中，浸泡1～7h后取出，用去離子水洗滌至中性，然后干燥，得到表面預處理的碳纖維三維編織物；

二、碳纖維表面催化劑加載：以Ni(NO₃)₂或Co(NO₃)₂為溶質，以丙酮為溶劑配制出濃度為0.01～0.09mol/L的催化劑溶液，將步驟一得到的預處理的碳纖維三維編織物放入催化劑溶液中，室溫條件下浸泡，之后將浸泡過的纖維編織物進行干燥；

三、碳纖維-碳化硅納米線多層次增強體制備：采用化學氣相滲透在碳纖維表面生長SiC_nws；

四、CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料的制備：將ZrC陶瓷先驅體及SiC陶瓷先驅體按照質量之比為(5～3):1溶于二甲苯中制備出陶瓷先驅體溶液，將步驟三得到的CF-SiC_nws多層次增強體浸沒在陶瓷先驅體溶液中，浸漬20～60min；然后將浸漬完陶瓷先驅體的試樣置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內固化，固化完成后將試樣裝入高溫裂解爐中裂解；

五、重復步驟四6次，最終得到CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料。

所述ZrC陶瓷先驅體粉末可以購買得到。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中第一次干燥具體方法為：置于80℃的鼓風干燥箱內干燥12～24h。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：步驟一中第二次干燥具體方法為：置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內干燥24h。其它與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟一中濃硝酸的浸泡時間為2～6h。其它與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟一中濃硝酸的浸泡時間為3～5h。其它與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：步驟二所述干燥具體方法為：置于溫度為80℃的恒溫干燥箱內干燥12h。其它與具體實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：步驟二中催化劑溶液的濃度為0.03～0.07mol/L。其它與具體實施方式一至六之一相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：步驟二中催化劑溶液的濃度為0.05mol/L。其它與具體實施方式一至六之一相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：步驟三中采用化學氣相滲透在碳纖維表面生長SiC_nws的具體工藝為：將加載有催化劑的碳纖維編織物放入化學氣相滲透爐中，在高純氬氣氣氛保護下升溫至1000～1100℃，通入H₂和甲基三氯硅烷，控制壓強為200Pa，H₂和甲基三氯硅烷的體積比為5：1，反應時間為50～100h，最后在氬氣保護下降溫至室溫，制得CF-SiC_nws多層次增強體。其它與具體實施方式一至八之一相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟四所述SiC陶瓷先驅體為聚碳硅烷(PCS)。其它與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十一：本實施方式與具體實施方式一至十之一不同的是：步驟四中所述陶瓷先驅體溶液的質量分數(shù)為60％～70％。其它與具體實施方式一至十之一相同。

具體實施方式十二：本實施方式與具體實施方式一至十一之一不同的是：步驟四中所述浸漬為真空浸漬。其它與具體實施方式一至十一之一相同。

具體實施方式十三：本實施方式與具體實施方式一至十二之一不同的是：步驟四中所述固化的時間為12h。其它與具體實施方式一至十二之一相同。

具體實施方式十四：本實施方式與具體實施方式一至十三之一不同的是：步驟四中裂解的具體工藝為：室溫下向裂解爐中通入高純Ar保持30min，在高純Ar氣氛下以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升高到1000℃，保溫30min，隨后以5℃/min的升溫速率將溫度升高至1400～1600℃，保溫1h，之后在Ar氣氛保護下自然降溫至室溫完成裂解。其它與具體實施方式一至十三之一相同。

具體實施方式十五：本實施方式碳纖維-碳化硅納米線強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料用于制備高超聲速飛行器鼻錐、端頭及飛機剎車片。

下面對本發(fā)明的實施例做詳細說明，以下實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方案和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1：本實施例碳纖維-碳化硅納米線多層次增強體強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料的制備方法，按以下步驟進行：

一、碳纖維表面預處理：將碳纖維三維編織物加工成15×15×35mm規(guī)格的立方塊，在75℃沸騰的丙酮中浸泡24h，取出后置于80℃的鼓風干燥箱內干燥12h，在室溫下，將干燥后的碳纖維編織物浸沒在質量分數(shù)為75％的濃硝酸中，浸泡1h后取出，用去離子水洗滌至中性，然后置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內干燥24h，得到表面預處理的碳纖維三維編織物；

二、碳纖維表面催化劑加載：以Ni(NO₃)₂為溶質，以丙酮為溶劑配制出濃度為0.01mol/L的催化劑溶液，將步驟一得到的預處理完成的碳纖維三維編織物放入催化劑溶液中，室溫條件下浸泡，之后將浸泡過的纖維編織物置于溫度為80℃的恒溫干燥箱內干燥12h；

三、碳纖維-碳化硅納米線(CF-SiC_nws)多層次增強體制備：采用化學氣相滲透(CVI)技術在碳纖維表面生長SiC_nws，具體的生長工藝為：將加載有催化劑的碳纖維編織物放入化學氣相滲透爐中，在高純氬氣氣氛保護下升溫至1000℃，通入H₂和甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)，其中H₂用作還原劑及載氣，CH₃SiCl₃提供C源和Si源，控制壓強為200Pa，反應氣體體積比為：H₂/CH₃SiCl₃＝5：1，反應時間為100h，最后在氬氣保護下降溫至室溫，制得CF-SiC_nws多層次增強體；

四、CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料的制備：將ZrC陶瓷先驅體及SiC陶瓷先驅體(聚碳硅烷，PCS)按照質量之比為5:1溶于二甲苯中制備出質量分數(shù)為66.7％的陶瓷先驅體溶液，將步驟三得到的CF-SiC_nws多層次增強體浸沒在先驅體溶液中，采用真空浸漬的方法浸漬20min；然后將浸漬完陶瓷先驅體的試樣置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內固化12h，固化完成后將試樣裝入高溫裂解爐，室溫下向裂解爐中通入高純Ar保持30min，在高純Ar氣氛下以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升高到1000℃，保溫30min，隨后以5℃/min的升溫速率將溫度升高至1400℃，保溫1h，之后在Ar氣氛保護下自然降溫至室溫完成裂解；

五、重復步驟四先驅體浸漬-固化-裂解過程6次使得復合材料致密化，最終得到CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料。

本實施例制備的CF-SiC_nws的比表面積為4.52m²/g，與CF(比表面積0.25m²/g)相比，是CF的18.1倍。

本實施例制備的復合材料壓縮強度為22.89MPa，斷裂韌性為5.78MPa·m^1/2。

實施例2：本實施例碳纖維-碳化硅納米線多層次增強體強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料的制備方法，按以下步驟進行：

一、碳纖維表面預處理：將碳纖維三維編織物加工成15×15×35mm規(guī)格的立方塊，在75℃沸騰的丙酮中浸泡48h，取出后置于80℃的鼓風干燥箱內干燥24h，在室溫下，將干燥后的碳纖維編織物浸沒在質量分數(shù)為75％的濃硝酸中，浸泡5h后取出，用去離子水洗滌至中性，然后置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內干燥24h，得到表面預處理的碳纖維三維編織物；

二、碳纖維表面催化劑加載：以Co(NO₃)₂為溶質，以丙酮為溶劑配制出濃度為0.05mol/L的催化劑溶液，將步驟一得到的預處理完成的碳纖維三維編織物放入催化劑溶液中，室溫條件下浸泡，之后將浸泡過的纖維編織物置于溫度為80℃的恒溫干燥箱內干燥12h；

三、碳纖維-碳化硅納米線(CF-SiC_nws)多層次增強體制備：采用化學氣相滲透(CVI)技術在碳纖維表面生長SiC_nws，具體的生長工藝為：將加載有催化劑的碳纖維編織物放入化學氣相滲透爐中，在高純氬氣氣氛保護下升溫至1050℃，通入H₂和甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)，其中H₂用作還原劑及載氣，CH₃SiCl₃提供C源和Si源，控制壓強為200Pa，反應氣體體積比為：H₂/CH₃SiCl₃＝5∶1，反應時間為70h，最后在氬氣保護下降溫至室溫，制得CF-SiC_nws多層次增強體；

四、CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料的制備：將ZrC陶瓷先驅體及SiC陶瓷先驅體(聚碳硅烷，PCS)按照質量之比為4:1溶于二甲苯中制備出質量分數(shù)為66.7％的陶瓷先驅體溶液，將步驟三得到的CF-SiC_nws多層次增強體浸沒在先驅體溶液中，采用真空浸漬的方法浸漬40min；然后將浸漬完陶瓷先驅體的試樣置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內固化12h，固化完成后將試樣裝入高溫裂解爐，室溫下向裂解爐中通入高純Ar保持30min，在高純Ar氣氛下以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升高到1000℃，保溫30min，隨后以5℃/min的升溫速率將溫度升高至1500℃，保溫1h，之后在Ar氣氛保護下自然降溫至室溫完成裂解；

五、重復步驟四先驅體浸漬-固化-裂解過程6次使得復合材料致密化，最終得到CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料。

本實施例制備的CF-SiC_nws的比表面積為4.81m²/g，與CF(比表面積0.25m²/g)相比，是CF的19.2倍。

本實施例制備的復合材料壓縮強度為24.30MPa，斷裂韌性為4.69MPa·m^1/2。

實施例3：本實施例碳纖維-碳化硅納米線多層次增強體強韌化ZrC-SiC陶瓷復合材料的制備方法，按以下步驟進行：

一、碳纖維表面預處理：將碳纖維三維編織物加工成15×15×35mm規(guī)格的立方塊，在75℃沸騰的丙酮中浸泡48h，取出后置于80℃的鼓風干燥箱內干燥24h，在室溫下，將干燥后的碳纖維編織物浸沒在質量分數(shù)為75％的濃硝酸中，浸泡7h后取出，用去離子水洗滌至中性，然后置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內干燥24h，得到表面預處理的碳纖維三維編織物；

二、碳纖維表面催化劑加載：以Ni(NO₃)₂為溶質，以丙酮為溶劑配制出濃度為0.09mol/L的催化劑溶液，將步驟一得到的預處理完成的碳纖維三維編織物放入催化劑溶液中，室溫條件下浸泡，之后將浸泡過的纖維編織物置于溫度為80℃的恒溫干燥箱內干燥12h；

三、碳纖維-碳化硅納米線(CF-SiC_nws)多層次增強體制備：采用化學氣相滲透(CVI)技術在碳纖維表面生長SiC_nws，具體的生長工藝為：將加載有催化劑的碳纖維編織物放入化學氣相滲透爐中，在高純氬氣氣氛保護下升溫至1100℃，通入H₂和甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)，其中H₂用作還原劑及載氣，CH₃SiCl₃提供C源和Si源，控制壓強為200Pa，反應氣體體積比為：H₂/CH₃SiCl₃＝5：1，反應時間為50h，最后在氬氣保護下降溫至室溫，制得CF-SiC_nws多層次增強體；

四、CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料的制備：將ZrC陶瓷先驅體及SiC陶瓷先驅體(聚碳硅烷，PCS)按照質量之比為3:1溶于二甲苯中制備出質量分數(shù)為66.7％的陶瓷先驅體溶液，將步驟三得到的CF-SiC_nws多層次增強體浸沒在先驅體溶液中，采用真空浸漬的方法浸漬60min；然后將浸漬完陶瓷先驅體的試樣置于溫度為120℃的恒溫干燥箱內固化12h，固化完成后將試樣裝入高溫裂解爐，室溫下向裂解爐中通入高純Ar保持30min，在高純Ar氣氛下以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升高到1000℃，保溫30min，隨后以5℃/min的升溫速率將溫度升高至1600℃，保溫1h，之后在Ar氣氛保護下自然降溫至室溫完成裂解

五、重復步驟四先驅體浸漬-固化-裂解過程6次使得復合材料致密化，最終得到CF-SiC_nws/ZrC-SiC超高溫陶瓷復合材料。

本實施例制備的CF-SiC_nws的比表面積為5.18m²/g，與CF(比表面積0.25m²/g)相比，是CF的20.7倍。

本實施例制備的復合材料壓縮強度為25.77MPa，斷裂韌性為6.19MPa·m^1/2。

圖1-圖4所示為實施例1所制備的CF-SiC_nws多層次復合增強體的微觀形貌照片，其中圖1為放大2400倍的表面掃描照片，圖2為放大80000倍的SiC_nws表面掃描照片，圖3為放大600倍的斷面掃描照片，圖4為放大5000倍的斷面掃描照片?？梢钥闯觯琒iC納米線沿CF徑向均勻生長在CF表面，SiC納米線的直徑為100nm左右，長度為5～15μm；相鄰CF表面生長的SiC納米線互相纏結，這有利于后期ZrC-SiC陶瓷先驅體的滲透附著；CF表面SiC納米線的生長有效提高了CF的表面粗糙度和比表面積，增大了CF與陶瓷基體之間的界面結合能力。

圖5所示為實施例2所制備的CF-SiC_nws多層次復合增強體的X射線衍射(XRD)圖譜。由圖5可以看出，圖譜中四個明顯的衍射峰分別對應于面心立方結構SiC的(111)，(200)，(220)，(311)晶面，同時也含有CF的C(002)峰。

圖6-圖11所示為實施例3所制備的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的微觀形貌照片，其中，圖6為浸漬裂解循環(huán)2次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的表面掃描照片，圖7為浸漬裂解循環(huán)2次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的斷面掃描照片，圖8為浸漬裂解循環(huán)4次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的表面掃描照片，圖9為浸漬裂解循環(huán)4次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的斷面掃描照片，圖10為浸漬裂解循環(huán)6次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的表面掃描照片，圖11為浸漬裂解循環(huán)6次所得到的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的斷面掃描照片。

由圖6-圖11可以看出，由于CF表面SiC_nws的存在，實現(xiàn)了ZrC-SiC陶瓷基體在CF外側的均勻包覆，掃描照片中觀察不到裸露的CF；隨著浸漬裂解循環(huán)次數(shù)的增多，CF-SiC_nws外側陶瓷層的厚度逐漸增大，CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料致密度逐漸增大。

圖12所示為實施例3所制備的ZrC-SiC陶瓷基體的X射線衍射(XRD)圖譜，圖中表示ZrC，●表示SiC，▲表示t-ZrO₂。由圖12可以看出，當采用單相ZrC陶瓷作為基體時，經1600℃裂解后，產物中含有大量的目標產物ZrC，同時含有少量的t-ZrO₂，這是由于ZrC先驅體聚合物中C/Zr比小于1，t-ZrO₂未能全部轉化為ZrC；而當采用兩相的ZrC-SiC陶瓷作為基體，將PCS加入ZrC有機前驅體時，裂解產物中只含有結晶度很高的目標產物ZrC及SiC；可以看出，PCS的加入有效促進了體系中t-ZrO₂的碳熱還原反應，保證t-ZrO₂完全轉化為ZrC。

圖13所示為實施例3所制備的CF-SiC_nws/ZrC-SiC復合材料的壓縮強度測試結果，其中表示CF/ZrC-SiC Z，表示CF-SiC_nws/ZrC-SiC Z，表示CF/ZrC-SiC XY，表示CF-SiC_nws/ZrC-SiC XY。

由圖13可以看出，相對于未改性CF制得的CF/ZrC-SiC陶瓷復合材料，經SiC_nws改性后的CF制得的CF-SiC_nws/ZrC-SiC陶瓷復合材料具有更高的壓縮強度；復合材料在Z方向上的壓縮強度高于在XY方向上的壓縮強度；隨著浸漬裂解循環(huán)次數(shù)的增大，復合材料的壓縮強度逐漸增大；當浸漬裂解循環(huán)6次時，CF-SiC_nws/ZrC-SiC陶瓷復合材料在Z方向上的壓縮強度可達到25.77MPa。