纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備及其發(fā)展和應(yīng)用

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1、纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備及其發(fā)展和應(yīng)用摘要：作為結(jié)構(gòu)材料，陶瓷具有耐高溫能力強(qiáng)、抗氧化能力強(qiáng)、硬度大、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是呈現(xiàn)脆性，不能承受劇烈的機(jī)械沖擊和熱沖擊，因而嚴(yán)重影響了它的實(shí)際應(yīng)用．為此，人們通過采用連續(xù)纖維增韌方法改進(jìn)其特性，進(jìn)而研發(fā)出連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。該種材料采用碳或陶瓷等纖維進(jìn)行增強(qiáng)，使陶瓷基體在斷裂過程中發(fā)生裂紋偏轉(zhuǎn)，纖維斷裂和纖維拔出等的同時，吸收能量，既增強(qiáng)了強(qiáng)度和韌性，又保持了良好的高溫性能。本文主要是綜述了陶瓷基連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，并分析了各種工

2、藝的優(yōu)缺點(diǎn)。在總結(jié)了現(xiàn)階段連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料研究中存在的問題的基礎(chǔ)上，提出了今后連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的主要研究方向。關(guān)鍵字：陶瓷基增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)纖維制備方法目錄1引言41.1前言41.2陶瓷基復(fù)合材料的基本介紹和種類及其應(yīng)用前景51.2.1陶瓷基復(fù)合材料的基本介紹51.2.2纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的主要種類51.2.3陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用前景61.3國內(nèi)外的研究成果7121.4實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容92連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備方法102.1料漿浸漬和熱壓燒結(jié)法102.2直接氧化沉積法112.3溶膠-

3、凝膠法112.4化學(xué)氣相法112.5先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法123結(jié)束語12參考文獻(xiàn)131引言1.1前言科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對材料提出了越來越高的要求,陶瓷基復(fù)合材料由于在破壞過程中表現(xiàn)出非脆性斷裂特性,具有高可靠性,在新能源、國防軍工、航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。陶瓷基復(fù)合材料(Ceramicmatrixcomposite，CMC)是在陶瓷基體中引入第二相材料，使之增強(qiáng)、增韌的多相材料，又稱為多相復(fù)合陶瓷(Multiphasecompositeceramic)或復(fù)相陶瓷(Diphaseceramic)

4、。陶瓷基復(fù)合材料是2O世紀(jì)8O年代逐漸發(fā)展起來的新型陶瓷材料，包括纖維(或晶須)增韌(或增強(qiáng))12陶瓷基復(fù)合材料、異相顆粒彌散強(qiáng)化復(fù)相陶瓷、原位生長陶瓷復(fù)合材料、梯度功能復(fù)合陶瓷及納米陶瓷復(fù)合材料。其因具有耐高溫、耐磨、抗高溫蠕變、熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)低、耐化學(xué)腐蝕、強(qiáng)度高、硬度大及介電、透波等特點(diǎn)，在有機(jī)材料基和金屬材料基不能滿足性能要求的工況下可以得到廣泛應(yīng)用，成為理想的高溫結(jié)構(gòu)材料【1】。連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Continuousfiberreinforcedcomposites)是以連續(xù)長纖維

5、為增強(qiáng)材料，金屬、陶瓷等為基體材料制備而成。金屬基復(fù)合材料是以陶瓷等為增強(qiáng)材料，金屬、輕合金等為基體材料而制備的。從20世紀(jì)60年代起各國都相繼對金屬基復(fù)合材料開展了大量的研究，因其具有高比強(qiáng)度、高比模量和低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)而被應(yīng)用于航天航空及汽車工業(yè)。陶瓷材料具有熔點(diǎn)高、密度低、耐腐蝕、抗氧化和抗燒蝕等優(yōu)異性能，被廣泛用于航天航空、軍事工業(yè)等特殊領(lǐng)域。但是陶瓷材料的脆性大、塑韌性差導(dǎo)致了其在使用過程中可靠性差，制約了它的應(yīng)用范圍。而纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料方面克服了陶瓷材料脆性斷裂的缺點(diǎn)，另一方面保持

6、了陶瓷本身的優(yōu)點(diǎn)[2]。碳化硅作為一種具有優(yōu)良特性的常用陶瓷材料,其高溫強(qiáng)度及抗熱震性能良好,密度低、硬度高、耐磨損、熱膨脹系數(shù)低及導(dǎo)熱性好。但是,斷裂韌性低在一定程度上限制了該材料作為高溫承力構(gòu)件使用。向陶瓷材料中引入連續(xù)纖維增強(qiáng)體是提高材料斷裂韌性最有效的方法之一。因此,纖維及其織物增強(qiáng)技術(shù)受到復(fù)合材料研究者的青睞[3]。1.2陶瓷基復(fù)合材料的基本介紹和種類及其應(yīng)用前景1.2.1陶瓷基復(fù)合材料的基本介紹陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復(fù)合的一類復(fù)合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶

7、瓷。這些先進(jìn)陶瓷具有耐高溫、高強(qiáng)度和剛度、相對重量較輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能，而其致命的弱點(diǎn)是具有脆性，處于應(yīng)力狀態(tài)時，會產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂導(dǎo)致材料失效。而采用高強(qiáng)度、高彈性的纖維與基體復(fù)合，則是提高陶瓷韌性和可靠性的一個有效的方法。纖維能阻止裂紋的擴(kuò)展，從而得到有優(yōu)良韌性的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。12陶瓷基復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐高溫性能，主要用作高溫及耐磨制品。其最高使用溫度主要取決于基體特征。陶瓷基復(fù)合材料已實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域有刀具、滑動構(gòu)件、發(fā)動機(jī)制件、能源構(gòu)件等。法國已將長纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材

8、料應(yīng)用于制造高速列車的制動件，顯示出優(yōu)異的摩擦磨損特性，取得滿意的使用效果。1.2.2纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的主要種類雖然用于纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的纖維種類較多．但迄今為止，能夠真正實(shí)用的纖維種類并不多一現(xiàn)簡要介紹如下：第一類為氧化鋁系列(包括莫來石)纖維一這類纖維的高溫抗氧化性能優(yōu)良，有可能用于14000C以上的高溫環(huán)境．但目前作為FRCMCs的增強(qiáng)材料主要存在以下兩個問題：一是高溫下晶體相變、晶粒粗化以及玻璃相的蠕變導(dǎo)致纖維的高溫強(qiáng)度下降；二是在高