纖維增韌補(bǔ)強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀

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1、主題：論文纖維增韌補(bǔ)強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀摘要：近年來陶瓷材料的強(qiáng)韌化問題一直受到陶瓷工作者的廣泛重視，其中在陶瓷材料中引入起增韌作用的第二相制成陶瓷基復(fù)合材料就是一個(gè)非常活躍的研究領(lǐng)域。本文介紹了纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的纖維種類、陶瓷基復(fù)合材料的制備技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域等，多方面綜合闡述了其國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：纖維；增強(qiáng)；陶瓷基復(fù)合材料；工藝????陶瓷材料具有許多優(yōu)異性能，陶瓷結(jié)構(gòu)材料能耐高溫、耐侵蝕、耐磨損及比重小等，陶瓷功能材料具有獨(dú)特的電學(xué)性能、磁學(xué)性能、鐵電壓電性能等許多優(yōu)良的性能，但由于脆性這一致命弱點(diǎn)，使得目前陶瓷材料的使用

2、受到很大的限制。因此，近年來陶瓷材料的強(qiáng)韌化問題一直受到陶瓷工作者的廣泛重視，其中在陶瓷材料中引入起增韌作用的第二相制成陶瓷基復(fù)合材料就是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域。??1．復(fù)合材料陶瓷基體復(fù)合材料陶瓷基體分為氧化物系和非氧化物系。氧化物基體是氧化鋁陶瓷和鋁硅酸鹽玻璃，非氧化物基體復(fù)合材料包括碳纖維增強(qiáng)碳（C/C）復(fù)合材料和SiC纖維增強(qiáng)的碳化硅（SiC）與氮化硅（Si3N4）系復(fù)合材料。陶瓷纖維增強(qiáng)陶瓷基體復(fù)合材料（簡(jiǎn)稱CFCC）有巨大的潛在應(yīng)用，其相對(duì)密度低（僅為鈦合金的1/2，鎳基超合金的1/3），除了航空航天和軍事工業(yè)中的耐高溫用途外，

3、還可能在陸地運(yùn)輸、石油化學(xué)工業(yè)、能源和環(huán)保領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。因此，美國(guó)、日本和西歐都將陶瓷纖維增強(qiáng)陶瓷基體復(fù)合材料（CFCC）作為21世紀(jì)可能獲得大發(fā)展新材料的重要研究開發(fā)項(xiàng)目。?2纖維增強(qiáng)材料?陶瓷材料的增韌研究一直倍受重視。從1976年I.W.Donald等發(fā)現(xiàn)在陶瓷本體中引入第二相材料增韌開始，陶瓷增韌先后經(jīng)歷了粒子相變?cè)鲰g、晶須補(bǔ)強(qiáng)增韌、短纖維增韌和目前連續(xù)纖維增韌等階段。陶瓷材料的韌性不斷提高，目前連續(xù)纖維補(bǔ)強(qiáng)增韌陶瓷基復(fù)合材料（CFRCMC）的斷裂韌性已經(jīng)達(dá)到25MPa·m1/2以上，這使其具有類似金屬的斷裂行為，不會(huì)出現(xiàn)災(zāi)難性

4、損毀，從而可應(yīng)用于航空和航天等高技術(shù)領(lǐng)域。因此，近年來世界先進(jìn)技術(shù)國(guó)家大力開發(fā)連續(xù)纖維補(bǔ)強(qiáng)增韌陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用研究，已開發(fā)和應(yīng)用了多種耐高溫、高強(qiáng)度陶瓷纖維，如各種碳化硅纖維、碳纖維和氧化鋁纖維，進(jìn)行了SiC、Si3N4、A12O3和ZrO2等多種陶瓷基體的應(yīng)用研究。三維編織復(fù)合材料是近二十年來誕生的一種新型復(fù)合材料，是復(fù)合材料科學(xué)中異軍突起的一支新秀，它以三維整體織物為增強(qiáng)體，其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性顯著改善了復(fù)合材料多方面的力學(xué)特性，從根本上克服了傳統(tǒng)層合板層間剪切強(qiáng)度低而且易分層的缺點(diǎn)，在航空、航天、軍工、汽車、醫(yī)療以及高級(jí)體育用品等領(lǐng)域得到

5、了廣泛應(yīng)用[1]。短碳纖維復(fù)合材料加工性好，長(zhǎng)碳纖維復(fù)合材料則具有較好的力學(xué)性能。而三維編織復(fù)合材料具有整體性和力學(xué)結(jié)構(gòu)合理兩大特點(diǎn)。三維編織復(fù)合材料作為一種結(jié)構(gòu)與功能完美結(jié)合的先進(jìn)紡織復(fù)合材料越來越受到人們的重視。美國(guó)A.B.Macander等[2]通過實(shí)驗(yàn)證明了三維編織物能夠大幅度提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度這一事實(shí)。采用三維整體編織技術(shù)制作的復(fù)合材料比三向正交復(fù)合材料和纏繞復(fù)合材料有更好的耐燒蝕性，與三向正交復(fù)合材料相比燒蝕率下降約20%，表1給出了試驗(yàn)結(jié)果[3]。Gause等首先指出三維編織復(fù)合材料具有良好的抗損傷性，他們發(fā)現(xiàn)三維編織結(jié)

6、構(gòu)鉆孔后仍能保持90%以上的拉伸強(qiáng)度。表1不同工藝制造的復(fù)合材料性能對(duì)比材料拉伸強(qiáng)度(MPa)拉伸模量(GPa)線燒蝕率(mm/s)背面升溫(℃)三維整體編織碳/酚醛>50035.50.1815三維整體編織碳/酚醛40236.40.2225斜向纏繞/酚醛247.80.22——????70代初，Aveston[4]在連續(xù)纖維（以下簡(jiǎn)稱纖維）增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（FRPMC）和纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（FRMMC）研究的基礎(chǔ)上，首次提出了纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料（FRCMC）的概念，從而為高性能陶瓷材料的研究與開發(fā)開辟了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。1973年，

7、Levit以LAS玻璃為基體材料制得了高強(qiáng)度碳纖維增強(qiáng)玻璃基復(fù)合材料。80年代初，Prewo首次將SiC纖維植入玻璃基體中，制得了強(qiáng)度高、韌性好的纖維增強(qiáng)玻璃基復(fù)合材料，使纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料在世界范圍內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注。Fitzer等[5,6]采用化學(xué)氣相沉積工藝制備FRCMC，制得了高性能的Nicalon纖維增強(qiáng)SiC復(fù)合材料，從而全面推動(dòng)了FRCMC的研究工作。???連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料具有類似金屬的斷裂行為、對(duì)裂紋不敏感、沒有災(zāi)難性損毀；在同樣強(qiáng)度的條件下具有較低的密度，在高溫下仍具有極高的強(qiáng)度、韌性、耐高溫、抗腐蝕性等一系

8、列優(yōu)異的性能，因而在高溫結(jié)構(gòu)材料方面獲得了廣泛應(yīng)用，特別在戰(zhàn)略武器和空間技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[7]。近20年來，纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料一直是材料科學(xué)研究的重要領(lǐng)域[8]。