SiC∕SiC陶瓷基復(fù)合材料研究及應(yīng)用

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1、復(fù)材應(yīng)用COMPOSITESAPPLICATIONSiC/SiC陶瓷基復(fù)合材料研究及應(yīng)用ResearchandApplicationofSiC/SiCCeramicMatrixComposites中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司邱海鵬陳明偉謝巍杰SiC/SiC陶瓷基復(fù)合材料保留了SiC陶瓷耐高溫、高強(qiáng)度、抗氧化、耐腐蝕、耐沖擊的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼具SiC纖維增強(qiáng)增韌作用，克服了SiC陶瓷斷裂韌性低和抗外部沖擊載荷性能差的先天缺陷。SiC/SiC復(fù)合材料具有低密度、高溫性能穩(wěn)定、低氚滲透率和優(yōu)異的輻照穩(wěn)定性，在航空、航天、核能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。DOI:10.16080

2、/j.issn1671-833x.2015.14.094抗氧化、耐腐蝕、耐沖擊的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)聚合物、金屬和陶瓷基體相容性良邱海鵬中國航空工業(yè)集團(tuán)公司一級(jí)專家，兼具SiC纖維增強(qiáng)增韌作用，克服了好，是研制高性能復(fù)合材料（特別是中航復(fù)材首席專家，中國硅酸鹽學(xué)會(huì)特SiC陶瓷斷裂韌性低和抗外部沖擊載高溫結(jié)構(gòu)材料）的關(guān)鍵纖維增強(qiáng)材種陶瓷分會(huì)理事，中國硅酸鹽學(xué)會(huì)測(cè)試荷性能差的先天缺陷。SiC/SiC復(fù)合料。目前SiC纖維的制備工藝主要技術(shù)分會(huì)理事，SAMPE北京分會(huì)常務(wù)理材料作為一種綜合性能優(yōu)異的高溫有化學(xué)氣相沉積法（ChemicalVapor事。長期從事碳基和陶瓷基復(fù)合材

3、料制造技術(shù)研究。獲得中航工業(yè)科技進(jìn)步二熱結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天核能領(lǐng)域Deposited，CVD法）、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，獲國家專利3項(xiàng)。具有廣泛的應(yīng)用前景，成為目前各個(gè)法（PreceramicPolymerPyrolysis，3P在國內(nèi)外期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文[1-5]西方國家的研究熱點(diǎn)。法）、微粉燒結(jié)法（PowderSintering，80余篇。SiC/SiC陶瓷基復(fù)合材料通常由PS法）和化學(xué)氣相反應(yīng)法（ChemicalSiC纖維、界面層、SiC陶瓷基體和熱VaporReaction,CVR法）等，目前實(shí)防護(hù)涂層組成。本研究就SiC/SiC陶

4、現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的主要是先驅(qū)體轉(zhuǎn)化SiC/SiC陶瓷基復(fù)合材料是指在瓷基復(fù)合材料各組成部分、制備工法。SiC陶瓷基體中引入SiC纖維作為增藝、加工工藝和應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備SiC纖維的強(qiáng)材料，形成以引入的SiC增強(qiáng)纖維歷程可分為3代，如表1所示：第1為分散相，以SiC陶瓷基體為連續(xù)相原材料代為以日本碳公司（NipponCarbon）的復(fù)合材料。SiC/SiC陶瓷基復(fù)合材SiC纖維具有耐高溫、抗氧化、的Nicalon200纖維和宇部興產(chǎn)（Ube料保留了SiC陶瓷耐高溫、高強(qiáng)度、抗蠕變、力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，與Industries）的TyrannoLOX-

5、M纖維94航空制造技術(shù)·2015年第14期復(fù)材應(yīng)用COMPOSITESAPPLICATION為代表的高氧碳SiC纖維，1代纖維第2代SiC纖維工程化生產(chǎn)（年產(chǎn)能端應(yīng)力釋放，進(jìn)而提高材料的韌性。均采用氧化交聯(lián)方式，最終纖維中的噸級(jí)）。PyC界面層制備工藝成熟，設(shè)備商業(yè)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~15%，當(dāng)使用溫根據(jù)制備工藝的不同，SiC/SiC化程度較高，成本較低，是目前應(yīng)用度達(dá)到1200℃以上，纖維中的SiCxOy陶瓷基復(fù)合材料的基體SiC陶瓷原最為廣泛的界面層材料。然而PyC相發(fā)生分解反應(yīng)，納米SiC晶體長材料來源也有所差異，主要包括聚碳界面層抗氧化能力較差，限制了

6、其在大，導(dǎo)致力學(xué)性能急劇下降。第2代硅烷（PCS）、SiCl4、聚二甲基硅烷等。高溫氧化工況下的應(yīng)用。纖維以日本NipponCarbon公司的其中PCS在國內(nèi)主要由國防科技大（2）氮化硼界面層（BN）。BNHi-Nicalon纖維和UbeIndustries公學(xué)和蘇州賽力菲生產(chǎn)，對(duì)SiCl4和聚與PyC均具有層狀結(jié)構(gòu)，BN在氧化司的TyrannoLOX-E、TyrannoZM和二甲基硅烷，多數(shù)化工廠家均有銷媒介中900℃時(shí)開始發(fā)生氧化反應(yīng)，TyrannoZE等低氧、高碳含量SiC纖售。因此有關(guān)SiC陶瓷原材料的研其氧化性能較PyC大幅提升。BN界維為代表，主要

7、采用電子束交聯(lián)，第究和生產(chǎn)，本文不再贅述。面層制備工藝較為復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求2代SiC纖維中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，較高，制備成本較高。自由碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，SiC晶界面層（3）復(fù)合界面層（（X-Y）n），該粒尺寸較第1代大，纖維使用溫度由界面層是連接SiC纖維和SiC類界面層以（SiC-PyC）n為代表，綜1200℃提高到1300℃。第3代SiC基體的橋梁，理想的界面層主要有以合了SiC抗氧化性能優(yōu)異和PyC涂纖維以NipponCarbon的Hi-Nicalon下3個(gè)方面作用。層層狀結(jié)構(gòu)易于裂紋偏轉(zhuǎn)的綜合優(yōu)TypeS、UbeIndustries的TyrannoS

8、A（1）抑制由于化學(xué)滲透和物理勢(shì)，具有