先驱体转化陶瓷基复合材料的性能及应用研究进展

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陶瓷基复合材料的研究进展及应用

陶瓷基复合材料的研究进展及应用

陶瓷基复合材料的研究进展及应用1. 引言陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和强化相组成的复合材料。

近年来,随着科技的进步和材料技术的发展,陶瓷基复合材料在各个领域得到了广泛的应用。

本文将对陶瓷基复合材料的研究进展及其应用进行全面、详细、完整且深入地探讨。

2. 陶瓷基复合材料的分类根据强化相的不同,陶瓷基复合材料可以分为颗粒增强型、纤维增强型和层状增强型三种类型。

其中,颗粒增强型陶瓷基复合材料的强化相是以颗粒的形式分散在陶瓷基体中的;纤维增强型陶瓷基复合材料的强化相则是以纤维的形式存在;层状增强型陶瓷基复合材料的强化相是通过层状复杂结构实现的。

3. 陶瓷基复合材料的制备方法陶瓷基复合材料的制备方法多种多样,常见的方法有以下几种:3.1 钎焊法钎焊法是将强化相和陶瓷基体通过钎料进行连接的方法。

钎料可以是金属或非金属,通过钎焊方法可以将两种材料牢固地连接在一起,形成复合材料。

3.2 熔融注射法熔融注射法是将强化相和陶瓷基体一起熔融,并通过注射成型的方法制备陶瓷基复合材料。

这种方法可以制备出形状复杂的复合材料,并且其性能均匀性较好。

3.3 助熔剂法助熔剂法是在陶瓷基体中添加助熔剂,使其在较低的温度下熔融并与强化相进行反应,从而制备出陶瓷基复合材料。

3.4 热压烧结法热压烧结法是将陶瓷粉末和强化相在高温高压下进行烧结,使其结合成复合材料。

这种方法可以制备出具有较高密度和优良性能的陶瓷基复合材料。

4. 陶瓷基复合材料的应用领域由于陶瓷基复合材料具有优异的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能,因此在许多领域得到了广泛的应用。

以下是陶瓷基复合材料的几个主要应用领域:4.1 航空航天领域陶瓷基复合材料具有轻质、高强度和耐高温的特点,因此在航空航天领域得到了广泛的应用。

它可以用于制造发动机叶片、航空航天结构件等,提高航空航天器的整体性能。

4.2 光电子领域陶瓷基复合材料具有优异的光学性能和电子性能,因此在光电子领域有着广泛的应用。

耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究

耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究

耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究一、本文概述本文旨在探讨耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究。

我们将概述耐超高温陶瓷先驱体的基本概念、特性及其在极端环境下的应用需求。

随后,我们将详细介绍几种常见的耐超高温陶瓷先驱体的制备方法,包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积、聚合物前驱体法等,并分析其优缺点。

在此基础上,我们将探讨这些先驱体转化为陶瓷材料的过程及其影响因素。

接下来,我们将重点讨论耐超高温陶瓷复合材料的制备技术。

复合材料通过结合不同材料的优势,可以进一步提高陶瓷材料的耐高温性能和力学性能。

我们将介绍几种典型的复合增强方法,如纤维增强、颗粒增强和晶须增强等,并探讨这些增强方法对陶瓷复合材料性能的影响。

本文还将对耐超高温陶瓷及其复合材料的性能进行深入研究。

通过测试和分析材料的高温稳定性、热导率、抗热震性、力学性能等指标,我们将评估不同制备方法和增强技术对材料性能的影响。

这些研究将为耐超高温陶瓷及其复合材料在航空航天、能源、冶金等领域的应用提供理论依据和技术支持。

本文还将对耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的研究前景进行展望,探讨未来可能的研究方向和应用领域。

通过本文的研究,我们期望能够为耐超高温陶瓷材料的制备和性能优化提供新的思路和方法,推动相关领域的科技进步和产业发展。

二、陶瓷先驱体及其复合材料的制备制备耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料是一个复杂且需要精细控制的过程,主要包括先驱体的合成、复合材料的制备和后续处理三个步骤。

先驱体的合成是制备超高温陶瓷复合材料的第一步,其关键在于选择合适的原料和合成方法。

通常,我们会选择具有高温稳定性的化合物作为原料,如硅烷、硼烷等。

这些原料在适当的温度和压力条件下,通过化学反应合成出具有特定结构的先驱体。

合成过程中,需要严格控制反应条件,如温度、压力、反应时间等,以确保先驱体的结构和性能满足要求。

在得到先驱体后,下一步就是将其与增强材料(如碳纤维、陶瓷纤维等)复合,制备出陶瓷复合材料。

聚合物先驱体转化法制备多孔陶瓷的研究进展

聚合物先驱体转化法制备多孔陶瓷的研究进展

聚合物先驱体转化法制备多孔陶瓷的研究进展涂建勇, 穆阳阳, 许海龙, 殷小玮, 成来飞(西北工业大学 超高温结构复合材料国防科技重点实验室,西安 710072)摘要:聚合物转化陶瓷(polymer derived ceramics ,PDCs )制备技术简单,烧结温度低,可设计性强,40年来得到了极大的发展。

本文综述了多孔PDCs 的研究进展,包括模板法、发泡法、冷冻铸造技术、增材制造技术等制备方法;此外,还对陶瓷前驱体如聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷等分子侧链设计以调整陶瓷产物的组成、微结构、力学性能等的研究现状进行了综述;提出未来发展的方向是增材制造技术制备多孔PDCs 及陶瓷前驱体分子层面的设计。

关键词:多孔PDCs ;制备方法;增材制造技术;陶瓷前躯体分子设计doi :10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000097中图分类号:TM285 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2019)04-0001-11聚合物转化陶瓷(polymer derived ceramics ,PDCs )是通过热处理有机聚合物前驱体,经成型交联由热熔性聚合物转化为热固性聚合物,再经高温裂解最终获得陶瓷产物[1];它是制备新型高温陶瓷材料的方法之一。

1960年,Ainger 等[2]和Chantrell 等[3]首先采用有机化合物作为陶瓷先驱体制备了非氧化物陶瓷。

之后Verbeek 等[4-5]分别于1973年和1974年在高温条件下,利用有机聚合物转化陶瓷技术制得直径较小的Si 3N 4/SiC 陶瓷纤维。

1975年,Yajima 等[6]首次实现了通过聚碳硅烷转化制备SiC 基陶瓷纤维。

截至目前,PDCs 相关的研究得到了极大的发展。

与传统的陶瓷制备方法相比,PDCs 制备方法的优点体现在四个方面:(1)传统聚合物成型方法,如注塑成型、挤出成型、树脂转化模塑(resin transfer molding ,RTM,)等方法均可以借助聚合物转化陶瓷法进行成型加工,克服了传统陶瓷由于高熔点导致难以加工成型的缺点[7];(2)降低陶瓷的制备温度[8];(3)可控制备不同陶瓷化程度的中间产物[9];(4)可以利用前驱体聚合物的性质,如热解释放气体等来制备多孔陶瓷[9]。

先驱体转化法制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料的研究进展

先驱体转化法制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料的研究进展

先驱体转化法制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料的研究进展李涛;陈秋阳;匡乃航;王非;王智博【摘要】The research and development of continuous-fiber-reinforced ceramic matrix composites fabricated by pre-cursor-infiltration-pyrolysis was reviewed in this paper .The studies on precursor , fiber and properties were included .The ceramic matrix composites application and development prospects were pointed out at last .%介绍了先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究现状,简要综述了聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷3种先驱体的研究现状以及增强纤维的种类。

分析了陶瓷基复合材料的应用现状和今后的研究方向。

【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】5页(P17-21)【关键词】先驱体转化法;先驱体;增强纤维;陶瓷基复合材料【作者】李涛;陈秋阳;匡乃航;王非;王智博【作者单位】驻哈尔滨地舰船配套军事代表室,哈尔滨150046;哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036;哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036;哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036;哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036【正文语种】中文陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀,弹性模量高,抗压强度大等优点,在耐高温领域有着较大的应用价值。

但是,陶瓷材料的脆性较大限制了其应用范围,连续纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous-Fibre-Reinforced Ceramic Matrix Composites,简称CFRCMCs)克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点,提高了材料的抗热震冲击能力[1],同时它保持了陶瓷基体耐高温、低膨胀、低密度、热稳定性好的优点,大幅度提高了单体陶瓷的韧性,近年来得到研究者的广泛关注[2]。

先驱体转化SiBCN陶瓷的制备、性能与应用

先驱体转化SiBCN陶瓷的制备、性能与应用

先驱体转化SiBCN陶瓷的制备、性能与应用
邵长伟;王驰原;龙鑫;王小宙
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2024(67)1
【摘要】先驱体转化法是制备高性能陶瓷材料的重要方法,尤其在连续纤维及其复合材料(FRCMC)的制备、元素组成与微结构调控等方面具有显著优势。

先驱体转化SiBCN陶瓷具有多元素含量可调、化学键合结构可控的特点,构建了不同结构特征和特殊性能的陶瓷材料。

近几年,先驱体转化SiBCN陶瓷发展呈现出新的特点,结构功能一体化设计与制备技术受到了国内外的广泛关注。

本文主要梳理了2016年至今先驱体转化SiBCN陶瓷的国内外研究进展,首先简要介绍先驱体转化SiBCN 陶瓷的主要特点,然后以先驱体转化陶瓷产物的典型特点为分类依据,分别从SiBCN 陶瓷先驱体及其陶瓷产物、连续SiBCN陶瓷纤维、SiBCN基复合材料和功能化SiBCN陶瓷4个方面综述了主要研究进展,提出了未来发展趋势和重点任务,期望为SiBCN陶瓷研制与应用研究提供参考,促进我国先进陶瓷材料的发展进步。

【总页数】26页(P40-65)
【作者】邵长伟;王驰原;龙鑫;王小宙
【作者单位】国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TQ1
【相关文献】
1.活性填料在先驱体转化法纤维增强陶瓷基复合材料中的应用Ⅱ——复合材料的制备及其表征
2.SiBCN 陶瓷先驱体的制备和应用研究进展
3.SiBCN先驱体转化陶瓷的计算机模拟研究
4.SiBCN陶瓷先驱体固化及陶瓷化行为分析
5.一种先驱体转化陶瓷涂层的制备及其现场应用研究
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先驱体转化陶瓷基复合材料的工艺

先驱体转化陶瓷基复合材料的工艺

放丝
导轮
摆线机构
收丝
脱胶炉
超声分散室
浆料槽 浆料 图 3.2 缠绕法制备无纬布的工艺过程
2
无纬布叠层
热模压
复合材料素坯
图 3.3 热模压示意图
3.1.1.2 二维纤维预制件的制备 首先将先驱体溶解于一定量的溶剂中,加入适量的交联剂,再将一定量的填料分批 加入溶液中,超声分散一定时间使其混合均匀。将碳纤维布裁剪成一定形状,铺入模具 中,边铺排碳纤维布边均匀、适量地涂刷浆料,经过合模、模压、交联、裂解和脱模过 程得到二维纤维预制件。如图 3.4 所示。二维预制件制备工艺简单,成本较低。但其制备 的复合材料相当于层压复合材料,其层间和横向性能弱,通过在 Z 方向上增加纤维穿刺,可 改善复合材料的性能。
3.2.1 先驱体浸渍机理
先驱体对碳纤维的浸渍过程是 PIP 法制备陶瓷基复合材料至关重要的环节之一。 它是纤 维-基体界面形成的基础,决定着材料的致密化进程,极大地影响着材料的力学性能。
Hale Waihona Puke 无纬布叠层热模压复合材料素坯
图3.4 二维纤维预制件制备的示意图
3.1.1.3 三维纤维预制件的制备 纤维整体编织复合材料较传统的层压复合材料在性能和工艺方法上具有突出的特点。首 先,整体编织复合材料的增强纤维在空间是多向分布,使得复合材料的性能在空间上趋于均 匀化,从而有效地克服了层压复合材料层间和横向性能弱的特点,其次,可以采用各种整体 编织坚实将纤维编织成所要求的异形整体织物作为增强体,甚至可以按零件的形状和尺寸精 确编织预成型体。 目前已形成了三维编织(Braiding) 、机织(weaving) 、针织(knitting)和缝织 (stitching)等多种立体织物成型工艺。在立体织物应用领域不断增加,新结构织物不断 涌现的今天, 各种立体织物的结构与性能之间的关系便成为应用研究的重要前沿课题。 图3.5 为多种三维编织结构的仿真图。图3.6为三维四向编织的应用构件编织体。

陶瓷基复合材料的研究进展及应用

陶瓷基复合材料的研究进展及应用

陶瓷基复合材料的研究进展及应用一、引言陶瓷基复合材料是一种新型的材料,具有高硬度、高强度、高温稳定性等优点,在航空航天、汽车制造、电子器件等领域有广泛的应用。

本文将对陶瓷基复合材料的研究进展及应用进行详细的介绍。

二、陶瓷基复合材料的定义陶瓷基复合材料是以陶瓷为基础,添加多种增强剂和填充剂,通过化学反应或物理方法制备而成的一种新型复合材料。

其主要特点是具有高硬度、高强度、高温稳定性等优点。

三、陶瓷基复合材料的分类根据增强剂和填充剂的不同,可以将陶瓷基复合材料分为以下几类:1. 碳纤维增强陶瓷基复合材料:碳纤维作为增强剂,可以提高材料的强度和刚度。

2. 硅酸盐增强陶瓷基复合材料:硅酸盐作为填充剂,可以提高材料的耐火性能和抗氧化性能。

3. 陶瓷颗粒增强陶瓷基复合材料:陶瓷颗粒作为填充剂,可以提高材料的耐磨性和耐蚀性。

四、陶瓷基复合材料的制备方法陶瓷基复合材料的制备方法包括以下几种:1. 热压法:将预先加工好的增强剂和填充剂与陶瓷粉末混合均匀,然后在高温高压下进行热压,使其形成一体化的复合材料。

2. 热处理法:将预先加工好的增强剂和填充剂与陶瓷粉末混合均匀,然后在高温下进行热处理,使其形成一体化的复合材料。

3. 溶胶-凝胶法:通过溶胶-凝胶反应制备出纳米级别的氧化物粉末,再将其与增强剂和填充剂混合均匀,最后通过加热处理使其形成一体化的复合材料。

五、陶瓷基复合材料的应用由于其具有高硬度、高强度、高温稳定性等优点,陶瓷基复合材料在以下领域有广泛的应用:1. 航空航天领域:陶瓷基复合材料可以用于制造飞机发动机叶片、导向叶片等高温部件。

2. 汽车制造领域:陶瓷基复合材料可以用于制造汽车刹车盘、排气管等高温部件。

3. 电子器件领域:陶瓷基复合材料可以用于制造高压电容器、电子封装等部件。

六、结论随着科学技术的不断发展,陶瓷基复合材料将有更广泛的应用前景。

本文介绍了其定义、分类、制备方法和应用领域,相信对读者对该材料有更深入的了解。

陶瓷基复合材料的研究进展及应用

陶瓷基复合材料的研究进展及应用

陶瓷基复合材料的研究进展及应用
陶瓷基复合材料是一类由陶瓷基体和其他增强相组成的新型材料,具有高温、耐磨、耐腐蚀等优异性能。

随着材料科学和工程技术的不断发展,陶瓷基复合材料在各个领域都得到了广泛的应用。

1. 陶瓷基复合材料的研究进展
近年来,针对陶瓷基复合材料的研究越来越深入,取得了一系列重要的进展。

首先,在材料的组成方面,研究人员通过添加不同的增强相,如纤维、颗粒和纳米材料等,有效地提高了陶瓷基复合材料的力学性能和导热性能。

其次,研究人员对陶瓷基复合材料的制备工艺进行了改进和优化,例如采用热压烧结、等离子烧结和化学气相沉积等方法,以获得更高的致密度和均匀的微观结构。

此外,利用先进的表征技术,如扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X 射线衍射仪等,研究人员能够深入了解陶瓷基复合材料的微观结构和相互作用机制。

2. 陶瓷基复合材料的应用
陶瓷基复合材料在诸多领域都有广泛的应用。

首先,在航空航天领域,陶瓷基复合材料因其轻质、高强度和抗腐蚀等特点被用于制作航空发动机和燃气涡轮等零部件。

其次,在能源领域,陶瓷基复合材料因其优异的耐高温性能被广泛应用于核能、太阳能和化学能源等方面,用于制作核反应堆壳体、太阳能电池板和燃料电池等。

此外,陶瓷基复合材料还在汽车制造、电子器件、医疗设备和化工等领域得到了应用,例如用于制作汽车刹车系统、电子封装材料和人工关节等。

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先驱体转化陶瓷基复合材料的性能及应用研究进展摘要:先驱体转化法是近些年发展起来的制备陶瓷基复合材料(CMCs)的新方法。

该方法工艺简单,制备温度低,可通过先驱体分子设计制备出所需组成和结构的陶瓷基体,是一种很有前途的制备连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)的工艺。

所谓先驱体陶瓷(又称前驱体)转化陶瓷是通过化学合成的方法制得可经预处理转化为陶瓷材料的聚合物,进而热处理获得传统陶瓷工艺难以获得的先进陶瓷材料。

本文综述了先驱体转化陶瓷的发展历史、制备技术的特点、制备工艺、组成结构和性能的发展变化研究现状情况。

关键词:陶瓷基复合材料;先驱体转化法;技术特点;成型工艺;发展趋势。

陶瓷材料作为一种结构材料,因其具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温和抗腐蚀等优异性能,能应用于高温和某些苛刻环境中,被认为是21世纪高温结构部件最有希望的候选材料和“最终材料的梦想”。

其作为热结构材料主要应用在航空航天发动机涡轮的热端部件、大功率内燃机的增压涡轮、固体火箭发动机燃烧室和喷管以及完全代替金属的车辆发动机。

然而,作为结构材料,单相陶瓷的韧性很低,可瞬间即发生灾难性破坏,因此必须改善单相陶瓷的韧性。

从材料的断裂机理分析,提高陶瓷韧性的主要途径是:在陶瓷材料中设置其他耗能机制或形成能阻碍裂纹扩展的机制。

引入增强相是改善陶瓷韧性的有效途径,为此材料研究者提出了陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,CMCs)的概念。

CMCs是在陶瓷基体中通过引入第二相来提高强度和韧性的多相材料,又称多相复合陶瓷或复相陶瓷。

先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites,CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。

由于其具有高强度和高韧性,特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式,使其受到世界各国的极大关注。

连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用。

1. 先驱体陶瓷基复合材料的发展历史先驱体陶瓷技术在陶瓷纤维制备过程中的成功极大地推动了先驱体转化法技术的发展,以先驱体制备陶瓷材料为对象的研究主要包括陶瓷基复合材料的制备、陶瓷先驱体的合成两方面的内容。

早在1964年就有研究学者提出了无机聚合物可作为陶瓷的先驱体的概念。

先驱体陶瓷早期的开拓性研究主要由法国Verbeek和日本的Yajima等完成,Verbeek首先采用三聚甲基硅烷与甲胺反应,然后经缩合反应获得一种脆性的固态含硅碳氮树脂,纺丝、熔化、烧结后可获得无定型结构的陶瓷纤维,Yajima在前人的基础上对制备工艺进行了优化,其研究成果迅速在日本实现了产业化,该纤维具有优异的性能,拉伸强度为2.5~3.2GPa,拉伸模量为180~200GPa,耐高温达1200℃,抗酸碱腐蚀和抗高温氧化。

1992年美国Seyferth对陶瓷先驱体进行了系统深入的评述,总结了陶瓷先驱体化学的研究方向。

以道康灵公司为牵头单位开展了用聚合物浸渍/裂解(PIP)工艺制备技术研究,结果表明,陶瓷先驱体聚合物浸渍/裂解工艺是制备大型复杂CMCs构件的最有效方法。

20世纪末到21世纪初先驱体陶瓷迅速在航天领域得到了应用,如德国戴姆勒·克莱斯勒宇航(DASA)公司利用缠绕成型和PIP技术制备C f/SiC复合材料防热构件,复合材料密度1.8g/cm3,拉伸、压缩和弯曲强度分别达到了270MPa、370MPa和530MPa,表面温度可达1310~1590℃,表面没有明显的退化和质量损失现象。

2. 先驱体陶瓷基复合材料技术的特点2.1 先驱体法制备陶瓷基复合材料的技术特点先驱体转化陶瓷工艺具有传统陶瓷工艺无法比拟的众多优点,先驱体陶瓷技术涉及采用化学方法合成先驱体低聚物或聚合物,然后成型、热解得到陶瓷,因而该技术可集有机高分子和陶瓷两大材料的优点。

(1)分子的可设计性:可通过分子设计对先驱体组成、结构进行设计和优化,进而实现陶瓷纤维及其复合材料组成与结构设计。

(2)良好的工艺性:陶瓷先驱体属于有机高分子,具有高分子工艺性较好的优点,可纺成丝,可模塑成型,也可移植树脂基复合材料成熟的制备工艺和设备。

(3)可低温陶瓷化:陶瓷先驱体可在不加烧结助剂下低温(800~1200℃)实现陶瓷化,低温烧结有利于降低能耗和成本,提高陶瓷材料的高温蠕变性能。

(4)陶瓷材料的可加工性:陶瓷先驱体可作为各类增强剂的粘结剂,经成型热解后,可获得强度较好、密度低的中间产品,可实施精加工,然后通过多次浸渍和热解先驱体达到陶瓷构件的致密化。

2.2 先驱体法制备纤维增韧陶瓷基复合材料的特点20世纪70年代初,Aveston在连续纤维增韧聚合物基复合材料(FRPMCs)和纤维增韧金属基复合材料(FRMMCs)研究的基础上,提出了纤维增韧陶瓷基复合材料的概念,是提高陶瓷材料强度和韧性的最有效途径。

而对于纤维增强陶瓷基复合材料,纤维的完整性和分布状态、纤维体积分数、基体致密度和均匀性、气孔的体积分数、纤维与基体的界面结合强度等因素决定材料的最终性能,经工艺的改革与创新,先驱体浸渍/裂解转化陶瓷工艺是制备陶瓷基复合材料最有效的方法。

纤维增韧陶瓷基复合材料的主要特点是:(1)高比强度和高比模量。

为强化陶瓷基体的力学性能,所选择的纤维的比强度和比模量要比基体材料的高得多。

(2)性能的可设计性。

可以通过对相组成的选择(化学相容性)、物理性能的匹配以及制备工艺对复合材料性能进行优化设计。

(3)性能各向异性。

可通过性能设计和一定的成型工艺,制备符合实际需要的性能各项异性的材料。

(4)破坏非灾难性。

当复合材料受载产生裂纹扩展时,高强度、高模量的纤维通过多种耗能机制,如纤维的脱粘、桥接和拔出等,提高材料的韧性,防止出现脆性断裂。

3. 先驱体陶瓷基复合材料构件的成型工艺3.1 缠绕成型-裂解工艺纤维缠绕成型工艺是将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液,连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上,然后在室温或加热条件下使之固化制成一定形状制品的方法。

该工艺制得的材料比强度高,可实现产品等强度结构,因此该工艺主要用于制备圆柱体、球体及某些正曲线回转体(球、罐等)。

先驱体陶瓷结构体也可采用纤维缠绕成型技术制备,其工艺过程是将连续或纤维布带浸渍先驱体和陶瓷粉体组成的浆料,连续地缠绕在相应的石墨芯模上,经加热使先驱体固化后得到构件生坯,然后将生坯连同石墨芯模一起在高温裂解炉中使先驱体转化为陶瓷基体,构件脱模后经多次浸渍和裂解先驱体致密化,即可获得制品。

3.2 模压成型-裂解工艺先驱体法制备陶瓷基复合材料借鉴树脂基复合材料层压模压工艺生产大尺寸异形构件,即将纤维布或者织物裁剪成所需形状,预先浸渍先驱体或在模具中与先驱体混合,加温加压使先驱体交联固化并成型,进而高温裂解使先驱体转化为陶瓷基体,再通过多次浸渍和裂解处理即可得到陶瓷基复合材料构件。

4. 陶瓷基复合材料的应用和发展趋势陶瓷基复合材料经过了实验室基础研究和工艺探索阶段,研究方向已逐渐向应用研究上转移,研究内容包括复杂形状构件的结构设计与成型加工技术、应用环境下的性能考核与评估技术。

目前CMCs的应用对象主要是飞行器热防护系统、火箭发动机燃烧室、航空涡轮发动机、超燃冲压发动机等热结构件以及石油化工等耐高温、抗腐蚀的结构件上,材料体系主要为C f/SiC和SiC /SiC。

C f/SiC复合材料昏死制作抗烧蚀表面隔热板的良好材料,目前航天器重返大气层保温材料主要是C f/SiC复合材料,利用C f/SiC复合材料代替原有金属材料能够降低50%的质量、提高系统安全性与可靠性,通过延长使用时间降低成本,同时实现耐烧蚀、隔热、承载等结构功能一体化。

使用C f/SiC复合材料制备发动机构件可以提高发动机的燃烧温度从而提高发动机的效率,同时由于C f/SiC复合材料的轻质高强,可以大大减小发动机的质量,提高工作效率。

在石油工业中,目前已成功制备燃烧器输油管、导向叶片、热交换器管、石油精炼管吊钩等产品。

除上述应用外,C f/SiC复合材料的摩擦系数高,抗磨性能好,可作为耐磨性材料;还可作高超声速火箭发动机燃烧室的发汗材料,原子能反应堆中核燃料的包装材料,装甲防弹材料和飞机驾驶员的防弹用品等。

因此,陶瓷基复合材料在众多领域有着广泛的应用前景。

5. 结论纤维增韧是解决脆性的主要途径之一,要获得性能满足要求的陶瓷基复合材料,先驱体裂解转化陶瓷工艺充分发挥了有机高分子先驱体成形优异的特点,进而热处理获得传统陶瓷工艺难以获得的先进陶瓷材料。

碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)复合材料它不仅应用于航空航天发动机的耐热部件、可重复使用运载器的热防护材料系统和高超音速运输推进系统等,而且在核能、高速刹车、燃气轮机热端部件、高温气体过滤和热交换器等领域有广泛的应用潜力。

参考文献[1] 赵大方,王海哲,李效东等.先驱体转化法制备SiC纤维的研究进展[J].无机材料学报2009,24(6):1097-1104.[2] 楚增勇,冯春祥,宋永才等.先驱体转化法连续SiC纤维国内外研究与开发现状[J].无机材料学报,2002,17(2):193-201.[3] 陈朝辉,李永清,张长瑞,杜善义等.先驱体法陶瓷基复合材料研究的进展,哈尔滨工业大学,2000.133.[4] Morishita, K,Ochiai, S,Okuda, H et al.Fracture toughness of a crystalline silicon carbide fiber (Tyranno-SA3((R)))[J].Journal of the American CeramicSociety,2006,89(8):2571-2576.DOI:10.1111/j.1551-2916.2006.01116.x.[5] 陈朝辉.先驱体结构陶瓷.长沙:国防科学技术大学出版社,2003.。

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