陶瓷基復合材料教學培訓課件

1、陶瓷基復合材料陶瓷基復合材料 復材1302干夢丹陶瓷基復合材料：陶瓷基復合材料： 定義 種類 優(yōu)異性能 缺陷 實例 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢定義：定義：陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結構陶瓷。英文名稱：Ceramic Matrix Composite，簡稱CMC種類：種類：陶瓷基體材料主要以結晶和非結晶兩種形態(tài)的化合物存在，按照組成化合物的元素不同，又可以分為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。此外，還有一些會以混合氧化物的形態(tài)存在。氧化物陶瓷基體： (1)氧化鋁陶瓷基體 (2)氧化鋯陶瓷基體 氮化物陶瓷基體： (1)氮化硅陶瓷基體 (2)

2、氮化硼陶瓷基體 (3)碳化硼陶瓷基體氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷：特點：1）硬度大、耐磨性好2）強度高、韌性大（常溫抗折強度1.1GPa）3）耐火度高優(yōu)異性能：優(yōu)異性能：(1)陶瓷能夠很好地滲透進纖維點須和顆粒增強材料；(2)同增強材料之間形成較強的結合力；(3)在制造和使用過程中同增強纖維間沒有化學反應；(4)對纖維的物理性能沒有損傷；(5)很好的抗蠕變、抗沖擊、抗疲勞性能；(6)高韌性；(7)化學穩(wěn)定性，具有耐腐蝕、耐氧化、耐潮濕等化學性能 缺陷：缺陷： 脆性大是致命缺陷和問題 可靠性不高 由于本體陶瓷材料固有的結構，決定了它對裂紋的敏感性，缺乏能量吸收機制。外加能量全部

3、集中于裂紋尖端的擴展，擴展速度極其迅速，所以材料是在無預兆情況下發(fā)生瞬時災難性破壞實例：實例：現(xiàn)狀：現(xiàn)狀： 陶瓷材料是一種本質脆性材料，在制備、機械加工以及使用過程中，容易產(chǎn)生一些內(nèi)在和外在缺陷，從而導致陶瓷材料災難性破壞，嚴重限制了陶瓷材料應用的廣度和深度，因此提高陶瓷材料的韌性成為影響陶瓷材料在高技術領域中應用的關鍵。 近年來，受自然界高性能生物材料的啟發(fā)，材料界提出了模仿生物材料結構制備高韌性陶瓷材料的思路。1990年Clegg等創(chuàng)造性材料制備的Sic薄片與石墨片層交替疊層結構復合材料與常規(guī)SiC陶瓷材料相比，其斷裂韌性和斷裂功提高了幾倍甚至幾十倍，成功地實現(xiàn)了仿貝殼珍珠層的宏觀結構增韌

4、。 陶瓷基層狀復合材料力學性能優(yōu)劣關鍵在于界面層材料，能夠應用在高溫環(huán)境下，抗氧化的界面層材料還有待進一步開發(fā)；此外，在應用C、BN等弱力學性能的材料作為界面層時，雖然能夠得到綜合性能優(yōu)異的層狀復合材料，但是基體層與界面層之間結合強度低的問題也有待進一步解決。 陶瓷基層狀復合材料的制備工藝具有簡便易行、易于推廣、周期短而廉價的優(yōu)點，可以應用于制備大的或形狀復雜的陶瓷部件。這種層狀結構還能夠與其它增韌機制相結合，形成不同尺度多級增韌機制協(xié)同作用，實現(xiàn)了簡單成分多重結構復合，從本質上突破了復雜成分簡單復合的舊思路。這種新的工藝思路是對陶瓷基復合材料制備工藝的重大突破，將為陶瓷基復合材料的應用開辟廣

5、闊前景。 綜上所述，金屬基復合材料的制備領域的研究要在改進制備設備、降低制備成本、改善基體與增強體的潤濕性、控制制備過程中的界面反應等幾個方面開展。 陶瓷基復合材料的制備也存在著很多問題。在高溫、高壓下制備出的復合材料雖然可以保證材料的致密性，但同時也對纖維造成一定的損傷；降低制備溫度，低壓下制備復合材料，使得基體孔隙率高，嚴重影響復合材料的性能。因此，發(fā)展新的連續(xù)纖維增強復合材料的制備工藝是實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的當務之急，也是今后連續(xù)纖維增強復合材料研究的主要方向，隨著研究的不斷深入，高性能復合材料的不斷創(chuàng)新，連續(xù)纖維增強復合材料的應用將會更加廣闊。 現(xiàn)在的透波材料的透波性能較好，熱導率較高。陶瓷基透波材料中熱導率最低的材料是石英陶瓷，陶瓷基復合材料中二維石英纖維織物增強復合材料的熱導率為0.35W(m.K)，該熱導率雖然在天線罩材料中較低，但是對于飛行器中的無線電設備在飛行器高速度長時間飛行時的隔熱環(huán)境，這些材料的隔熱性能仍然不能滿足隔熱需求。因此，應從隔熱性能好的高溫隔熱材料入手，研究這些材料的透波性能，以期待找到在高溫下同時具備良好隔熱性能和透波性能的材料。發(fā)展趨勢：發(fā)展趨勢： 細而長且