碳化硅复合陶瓷的研究现状及其应用
我国自主研发出碳化硅陶瓷基复合材料

・ 科技信息 ・ 我国自主研发出碳化硅陶瓷基复合材料 新型航空材料是国产大飞机项 目的关键技术之一。 航工业集团宣布, 将与西北工业大学 合作建设航陶瓷基复合材料工程技术公司, 这意味着历时十年 自主研发的高温复合材料即将 进入产业化阶段。 据透露, 这种新型复合材料将用于制造 飞机发动机的关键部件, 并有望 “ 武 装”C l 99国产大飞机。 ’ 航空材料和发动机、 机载设备并称为大飞机项 目三大关键性技术。 我国自主研发的高温 复合材料技术获得突破, 使我国一跃成为继法国和美国之后, 全面掌握碳化硅陶瓷基复合材 料技术的第三个国家。
美 1% 7 、欧洲 9 ,中国 1 ,其余 3 ,也发表了 2 0 ̄2 1 年的相关数据 。 9 6 % % 0 4 -0 1 -
( 邓志 杰 摘译)
帮助建设核 电站的信 息交换系统
美 国国家标准和技术研究所将成为设计和建设新一代先进的、高效的核电站的主要力
量。
将利用三维模型化和工程信息交换系统的先进软件来设计和建设新一代核 电站。 需要收集来 自多个数据库以及电子文件的信息。 为使这项努力获得成功,电力工业和软 件开发双方应该在必须建立 自动化的、综合的、能共同操作的管理结构 的问题上形成共识。 电力研究所 ( lcr cPw rR sa c n tt t,E R )正在努力开发为新的核 电 Ee t i o e eer h Is iu e P I 站项 目应具备的能力。ER 评估 了NS 主持 的 自动 设备 信息交 换系统项 目 ( uoa ig PI IT A tm tn E up etIfra inE cag ,A X q im n nom to x hn e E )的结果,采纳A X E 的结构和方法来完成新一代的能
陶瓷基复合材料及其应用

陶瓷基复合材料及其应用陶瓷基体是陶瓷基复合材料的主要组成部分,常见的陶瓷基体有氧化铝、硼化硅、碳化硅等。
这些陶瓷基体具有高硬度、高强度和高抗磨损性能,可以提供复合材料的基本力学性能。
增强材料常用的有碳纤维、陶瓷纤维等。
这些增强材料可以增加复合材料的强度和韧性,提高其抗拉、抗弯和抗冲击等性能。
1.机械工程领域:陶瓷基复合材料具有优异的耐磨损性能和高温强度,因此在机械零部件的制造中得到广泛应用。
例如,在汽车制动系统中使用的陶瓷基复合材料制动片,可以提供更好的制动效果和更长的使用寿命。
2.航空航天领域:陶瓷基复合材料具有低密度和高温性能优异的特点,可以用于制造航空发动机的叶片、涡轮和导向叶片等关键部件。
这些材料可以在高温条件下提供更好的性能和更长的使用寿命。
3.化工工业领域:陶瓷基复合材料具有优异的耐腐蚀性能,可以在强酸、强碱和高温环境下使用。
因此,在化工工业中常用陶瓷基复合材料制造化工设备,如塔板、泵壳和阀门等。
4.电子和光电领域:陶瓷基复合材料具有优异的绝缘性能和热性能,可以用于制造高温电子器件和光学器件。
例如,在半导体工业中常用陶瓷基复合材料制造高温封装和散热器件。
5.医疗器械领域:陶瓷基复合材料具有生物相容性良好的特点,可以用于制造人工关节、牙科种植体和骨修复材料等医疗器械。
这些材料可以提供更好的生物相容性和更长的使用寿命。
陶瓷基复合材料的研究也面临一些挑战和机遇。
其中,陶瓷基体与增强材料之间的界面问题是一个关键问题。
界面的结合强度和界面的耐热性能对陶瓷基复合材料的综合性能有重要影响。
因此,如何控制和改善陶瓷基复合材料界面的性能是目前研究的热点之一、此外,陶瓷基复合材料的制备工艺和成本也是研究的重点之一,如何开发新的制备工艺和提高生产效率是当前的挑战。
总之,陶瓷基复合材料具有广泛的应用领域和重要的研究价值。
随着科学技术的不断进步,相信陶瓷基复合材料在各个领域将有更加广泛的应用和发展。
SiC材料的应用

目录碳化硅陶瓷材料的性质: (1)碳化硅材料在不同领域的应用: (1)碳化硅陶瓷材料的性质:陶瓷材料一般具有高的熔点(大多在2000℃以上),且在高温下具有极好的化学稳定性;陶瓷的导热性低于金属材料,陶瓷还是良好的隔热材料。
同时陶瓷的线膨胀系数比金属低,当温度发生变化时,陶瓷具有良好的尺寸稳定性。
(SiC)陶瓷材料具备优异的力学、热学、光学性能,在国防工业和国民生产中应用广泛.然而,传统陶瓷成形工艺在制备复杂SiC构件时面临周期长、成本高、复杂结构成形难等问题.增材制造理论上可成形任意复杂结构,为复杂陶瓷构件的制备提供了有效手段,目前SiC陶瓷增材制造已成为本领域近年来的研究热点.本文针对SiC陶瓷增材制造的研究及应用进展进行了系统总结,详细论述SiC增材制造的原料设计与制备方法、工艺与装备、后处理技术、模拟仿真、性能评测及典型应用等内容,并对SiC陶瓷增材制造技术的未来发展进行了展望碳化硅材料在不同领域的应用:碳化硅陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀、高比模量和比强度等优良性能[1~5],在航空、航天、核能和汽车等众多重要领域应用广泛.传统SiC陶瓷成形工艺包括等静压、流延成型、注射成形、注浆成型、凝胶注模等,通常采用模具辅助成形,烧结后还需进行机加工处理得到所需SiC产品近年来,轻量化空间光学反射镜等高性能SiC构件的复杂度越来越高,对陶瓷成形工艺提出了更高的要求.然而,传统成形工艺常需借助模具,在制备复杂轻量化SiC构件时周期长、成本高,且大尺寸构件通常需通过拼接方法获得,导致废品率高,某些内部复杂结构很难甚至无法制造.增材制造技术无需模具,采用逐层叠加制造的原理,理论上可整体成形任意复杂结构,是实现复杂陶瓷构件整体化、轻量化、复杂化成形的有效途径.如图1所示,Si增材制造工艺的原料可以分为粉末、浆料/膏体、丝材、片材等.粉末成形工艺包括激光选区烧结和三维喷印;浆料/膏体成形工艺包括光固化和墨水直写成形丝材增材成形工艺一般指熔融沉积成形,材增材成形工艺一般指薄材叠层成形目前,基于增材制造的Si复杂构件整体成形工艺通常包括以下步骤:首先,设计并制备增材适应性原料,包括粉末、浆料/膏体、丝材和片材等;然后,通过增材制造工艺成形得到具有复杂结构的SiC瓷坯体;再对SiC陶瓷坯体进行碳化处理得到SiC陶瓷预制体;最后,对SiC陶瓷预制体进行烧结(包括反应烧结、化学气相渗透、先驱体浸渍裂解等),得到最终的SiC陶瓷制品.增材制造工艺既决定了原料的设计与制备方法,还关系到后续碳化和烧结工艺路线的制定.SiC材料和增材制造技术均被纳入“十四五”产业科技创新相关发展规划,是相关国家科研攻关、“卡脖子”核心技术突破与产业布局的基石.然而,SiC陶瓷增材制造在研发与推广应用中仍存在较多难点与挑战:增材制造成形SiC陶瓷构件的精度和力学性能与传统工艺相比仍存在一定差距,大型一体化(米级尺寸)或小型精细化(微米级精度)SiC 构件的增材制造仍存在一定技术难题;增材制造工艺与材料间的内在联系尚不明确,如何通过工艺调控实现材料形状、性能的协同控制仍是当前亟待解决的问题;SiC陶瓷构件增材制造还未建立完整的工艺和评价标准,工业化应用推广仍存在一定难度.为此,本文系统总结了国内外SiC陶瓷增材制造技术的研究及应用进展,详细论述了原材料设计与制备方法、增材制造工艺与装备、后处理技术、模拟仿真、性能评测等内容,简要说明了增材制造复杂SiC构件的典型应用,最后展望了SiC增材制造技术未来的发展趋势.希望可以为本领域的科研和工业生产人员提供一定的参考与指导,突破SiC陶瓷增材制造中的科学与技术难题,进一步推广。
碳化硅的主要用途

碳化硅的主要用途
碳化硅是一种具有优异性能的陶瓷材料,其主要用途包括以下几个方面。
一、电子行业
碳化硅在电子行业中被广泛应用。
它具有高温稳定性、高强度、高硬度和良好的导电性能等特点,适合制造高功率半导体器件和高频射频器件。
同时,碳化硅还可以用于制造光电子器件、太阳能电池等,这些都是现代电子技术中不可或缺的组成部分。
二、机械工程
碳化硅的高强度和耐磨性使其成为机械工程领域中重要的材料之一。
它可以被用于制造高速切削工具、轴承和密封件等,因为这些零部件需要具有耐磨耗、抗腐蚀和耐高温的特性。
三、航空航天
在航空航天领域中,碳化硅常被用于制造发动机喷嘴、涡轮叶片和其他关键部件。
这是因为碳化硅具有极高的耐热性能和强度,在极端条
件下依然能够保持稳定的性能。
四、化学工业
由于碳化硅具有很好的耐腐蚀性和高温稳定性,它被广泛应用于化学
工业中。
例如,它可以用于制造炉管、反应器和催化剂载体等,这些
都是需要具有耐腐蚀和高温稳定性的材料。
五、光学领域
碳化硅还可以被用于制造光学镜片、窗口和透镜等。
这是因为碳化硅
具有优异的折射率和折射率调节范围,可以被用于制造各种类型的光
学元件。
总之,碳化硅在现代工业中扮演着重要的角色。
其高强度、高硬度、
高温稳定性和优异的导电性能使其成为了许多关键零部件的理想选择。
随着科技不断发展,碳化硅在更多领域中的应用也将得到拓展。
2024年碳化硅(SiC)市场环境分析

2024年碳化硅(SiC)市场环境分析引言碳化硅(SiC)是一种广泛应用于电子、能源和化工等领域的材料,其特有的性能使其在高温、高频和高功率应用中具有广泛的用途。
本文将对碳化硅(SiC)市场环境进行分析,包括市场规模,竞争格局和发展趋势等方面,以便更好地了解碳化硅(SiC)市场的现状和未来发展。
市场规模碳化硅(SiC)市场在过去几年间呈现出快速增长的趋势。
主要驱动因素包括科技进步、环境意识增强以及新型应用的不断涌现。
根据市场研究机构的数据,碳化硅(SiC)市场在2020年的规模达到了X亿美元,并预计年复合增长率将超过X%。
这一增长主要得益于碳化硅在新能源、电动汽车和电子消费产品等领域的广泛应用。
竞争格局碳化硅(SiC)市场存在着较为激烈的竞争。
当前,全球范围内有多家知名碳化硅制造商。
其中,美国、日本和中国等地的企业在碳化硅领域拥有较强的技术实力和市场份额,它们在产品研发和生产工艺方面具有相对优势。
此外,由于碳化硅材料的特殊性,市场上还存在着一些小型企业和初创公司,它们专注于开发不同应用领域的定制化碳化硅产品。
发展趋势未来碳化硅(SiC)市场有望继续保持快速增长,并呈现出以下几个发展趋势:1.技术创新与应用拓展 - 近年来,碳化硅技术得到了极大的改善和发展,不断推动着市场的增长。
随着电动汽车和可再生能源等领域的快速发展,对高温、高频和高功率设备的需求也在增加,这将进一步推动碳化硅在新兴应用领域的拓展。
2.市场地域扩大 - 亚太地区、北美和欧洲等地的碳化硅市场规模正在不断扩大。
在亚太地区,中国和日本是碳化硅市场增长最为迅速的两个国家。
随着技术进步和产业政策的支持,亚太地区未来将成为碳化硅市场的主要增长驱动力。
3.绿色可持续发展需求 - 碳化硅作为一种具有优异热传导性和耐高温性能的材料,被广泛应用于能源领域。
随着对可再生能源和能效的要求不断增加,碳化硅在太阳能光伏、风能转换和电力输配等方面的应用前景十分广阔。
2023年碳化硅行业市场前景分析

2023年碳化硅行业市场前景分析碳化硅行业市场前景分析碳化硅是一种重要的化工原料,被广泛用于制造高强度材料、陶瓷、电子元件等领域。
随着全球经济的快速发展和技术的不断进步,碳化硅在许多领域的应用越来越广泛,碳化硅行业的市场前景也越来越受到关注。
一、碳化硅市场现状碳化硅是一种非常重要的高温材料,具有耐高温、耐腐蚀等优异性能,特别适用于高温、高压环境下使用。
目前,碳化硅作为陶瓷材料、纤维光缆、半导体材料、太阳能电池等领域的重要原材料,市场需求量正在快速增长。
据统计,2019年全球碳化硅市场规模已经达到了20亿美元,预计到2025年将达到30亿美元以上,年复合增长率达到7.2%以上。
目前,碳化硅市场的主要消费国家有美国、日本、德国、韩国、中国等,其中中国市场在全球市场中占有重要地位,市场需求量持续增长。
二、碳化硅市场的发展趋势1. 市场需求前景广阔随着全球高科技行业的发展和产业升级,碳化硅市场的需求将持续增长。
特别是在电子、太阳能、汽车制造等领域,对碳化硅的需求将会进一步增加。
此外,随着新能源、新材料产业的快速发展,碳化硅市场未来的前景十分广阔。
2. 行业格局将进一步优化目前,碳化硅行业市场竞争较为激烈,市场上产品质量和价格变化较大。
未来,碳化硅市场可能会出现一些大型的生产企业占据主导地位,小型企业和中小企业将会逐渐退出市场。
3. 技术创新将推动市场发展在全球技术迅速提升的背景下,碳化硅制造技术也在不断创新。
未来,随着碳化硅制造技术的不断改进,碳化硅的品质和性能会得到进一步提高,使得碳化硅的市场需求不断增加。
4. 碳化硅应用领域将持续扩展随着碳化硅的应用范围不断扩展,碳化硅市场的需求也将进一步增加。
未来,碳化硅可能会被应用于人工智能、智能家居、5G通信等领域,有望成为这些领域中的重要材料之一。
三、碳化硅市场的投资前景随着碳化硅市场的快速发展,碳化硅行业投资的前景越来越受到认可。
未来,碳化硅市场将逐渐成熟,投资将更加稳健。
碳化硅材料在航空航天领域的应用

碳化硅是一种重要的无机材料,具有高硬度、高热导率、耐腐蚀、耐高温等优良特性,因此在航空航天领域有着广泛的应用。
本文将重点介绍碳化硅材料在航空航天领域的应用情况。
二、碳化硅材料在航空航天领域的应用1. 碳化硅在航空领域的应用碳化硅具有高硬度和高热导率的特性,因此在航空领域中被广泛应用于制造发动机部件、刹车盘、燃烧室、涡轮引擎部件等高温高压下工作的部件。
碳化硅材料制成的发动机部件具有优异的耐磨耐高温性能,能够大大提高飞机的使用寿命和性能。
2. 碳化硅在航天领域的应用在航天领域,由于碳化硅材料具有优良的耐高温、抗氧化、耐磨损等特性,因此被广泛应用于制造航天器的外部热掩护层、导热组件、热辐射板等部件。
碳化硅材料制成的外部热掩护层能够有效地减少航天器在大气层再入时所产生的热量,保护航天器不受高温影响。
3. 碳化硅在导热散热材料中的应用碳化硅由于其高热导率的特性,被广泛应用于航空航天领域的导热散热材料中。
碳化硅散热片能够有效地将热量从热源传导到散热体,并迅速将热量散发到周围环境中,确保航空航天器在高温环境下能够正4. 碳化硅在陶瓷复合材料中的应用碳化硅与其他陶瓷材料复合后,具有很高的综合性能,因此在航空航天领域被广泛应用于制造导弹、卫星、航天器的结构部件、外部热掩护层等。
碳化硅陶瓷复合材料具有重量轻、耐高温、抗压性强等优点,能够大大提高航空航天器的使用寿命和性能。
三、碳化硅材料在航空航天领域的研究进展目前,随着航空航天领域对材料性能和可靠性要求的不断提高,碳化硅材料的研究和开发也在不断深入。
研究人员通过改变碳化硅材料的配方、工艺和表面处理等手段,不断提高碳化硅材料的热导率、强度和耐磨耐热性能。
利用纳米技术、微观模拟等手段,对碳化硅材料的微观结构和性能进行研究,为碳化硅材料在航空航天领域的应用提供了新的技术手段。
四、碳化硅材料在航空航天领域的发展前景随着航空航天领域对材料性能和可靠性要求的不断提高,碳化硅材料作为一种具有优异性能的材料,将会得到更广泛的应用。
2023年碳化硅行业市场调研报告

2023年碳化硅行业市场调研报告碳化硅是一种重要的工业材料,具有高硬度、高强度、高温稳定性、耐腐蚀性和导热性等优良性能。
它广泛应用于太阳能电池板、航空航天、电力电子、半导体材料、化工材料、汽车制造、船舶制造、建筑材料等领域。
本文将介绍碳化硅行业市场调研报告。
一、市场概况碳化硅产业链包括采矿、粉末制备、制品加工和应用四个环节。
目前,全球碳化硅市场规模已经达到了200亿美元,预计未来几年内将以每年15%的速度增长。
全球碳化硅市场主要分布在北美、欧洲和亚太地区。
其中,美国、德国和日本是碳化硅行业发展最快的三个国家。
目前,中国碳化硅市场仍处于起步阶段,但随着国内非金属矿产资源的开发和应用领域的拓展,碳化硅行业的前景十分广阔。
二、市场分析1.碳化硅粉末市场碳化硅粉末是碳化硅行业主要的原材料之一,其市场需求主要来自于硅碳材料、电子材料、化工材料和建筑材料等领域。
预计未来几年内,碳化硅粉末市场将保持稳定增长态势。
2.碳化硅陶瓷市场碳化硅陶瓷是碳化硅行业的主要制品之一,其市场需求主要来自于航空航天、石油化工、船舶制造和电力电子等领域。
预计未来几年内,碳化硅陶瓷市场将以每年约10%的速度增长。
3.碳化硅晶体市场碳化硅晶体是碳化硅行业的高端产品,其市场需求主要来自于半导体材料、光电子材料和太阳能电池板等领域。
预计未来几年内,碳化硅晶体市场将迎来爆发式增长,年均增幅将达到20%以上。
三、市场机会1.太阳能电池板市场碳化硅晶体是太阳能电池板的关键材料之一,其市场需求将随着太阳能产业的发展而迅速增长。
2.电力电子市场碳化硅陶瓷是电力电子器件的关键材料之一,其市场需求将随着电力电子产业的发展而迅速增长。
3.航天航空市场碳化硅陶瓷是航天航空材料的关键材料之一,其市场需求将随着航天航空产业的发展而迅速增长。
四、市场挑战1.行业竞争全球碳化硅市场竞争激烈,各国企业在技术研发和生产技术方面进行了大量投资,国内碳化硅企业要想在市场中占据一席之地,必须提高技术水平和产品质量。
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碳化硅复合陶瓷的研究现状及其应用曾星华长安大学材料科学与工程学院摘要碳/碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料是重要的热结构材料体系之一。
综述了近年来发展的有关制备C/SiC陶瓷基复合材料的各种技术及其在航空航天、光学系统、空间技术、交通Z-具(刹车片、阀)、能源技术等领域的应用,并且综述了烧结助剂含量对液相烧结SiC陶瓷抗氧化性的影响、三维针刺碳/碳化硅陶瓷基复合材料及其摩擦磨损性能以及二维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征等最新研究成果。
关键字碳化硅陶瓷基复合材料制备技术力学性能抗氧化性液相烧结1.引言陶瓷基复合材料(CMC)是在陶瓷基体中引入第二相材料,使之增强、增韧的多相材料,又称为多相复合陶瓷或复相陶瓷.陶瓷基复合材料是2O世纪8O年代逐渐发展起来的新型陶瓷材料,包括纤维(或晶须)增韧(或增强)陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。
其因具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、热导率低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、强度高、硬度大及介电、透波等特点,在有机材料基和金属材料基不能满足性能要求的情况下可以得到广泛应用,成为理想的高温结构材料。
陶瓷基复合材料正是人们预计在21世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构的首选材料。
鉴于此,许多国家都在积极开展陶瓷基复合材料的研究,大大拓宽了其应用领域,并相继研究出各种制备新技术,其中,C/SiC陶瓷基复合材料是其中一个非常重要的体系。
C/SiC陶瓷基复合材料主要有两种类型,即碳纤维/碳化硅和碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料。
碳纤维/碳化硅陶瓷基复合材料是利用碳纤维来增强增韧SiC陶瓷,从而改善陶瓷的脆性,实现高温结构材料所必需的性能,如抗氧化、耐高温、耐腐蚀等;碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料是利用碳颗粒来降低SiC陶瓷的硬度,实现结构陶瓷的可加工性能,同时具有良好的抗氧化性、耐腐蚀、自润滑等。
本文主要综述了C/SiC陶瓷基复合材料的制备、研究现状及其成果(烧结助剂含量对其抗氧化性的影响、三维针刺碳/碳化硅陶瓷基复合材料及其摩擦磨损性能、二维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征等),并且从结构和功能一体化的角度,提出了采用软机械力化学法制备C与SiC复合粉体,通过无压烧结得到强度、抗氧化性、耐腐蚀等性能以满足普通民用工业用的碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料的制备技术及应用前景。
陶瓷基复合材料的性能与其结构紧密相关,原材料、结构和工艺不同,材料的性能也不同。
构成复合材料的组分材料包括纤维、基体和界面,对于C/SiC陶瓷基复合材料而言,界面的材料和结构是影响其性能的关键。
陶瓷基复合材料的性能包括物理化学性能和力学性能,物化性能主要有密度、孔隙率、线膨胀系数、热扩散系数、热导率、比热容、抗氧化等,力学性能主要有强度、模量、断裂韧性、疲劳、高温蠕变、抗热震性、耐烧蚀、摩擦耐磨性等性能。
C/SiC陶瓷基复合材的主要应用前景:刹车材料、航空航天用热结构材料(在航空发动机上的应用、在航天飞行器上的应用)、卫星反射镜用材料、核聚变第一壁、液体火箭发动机导弹端头帽及卫星窗框上等。
2.碳化硅复合陶瓷的各种制备工艺2.1前驱体有机聚合物浸渍热解转化技术将前驱体有机聚合物浸渍热解(裂解)转化(Polymer in—filtration pyrolysis,简称PIP)以制备陶瓷基复合材料是2O世纪7O年代至80年代发展起来的新工艺和新技术。
其基本原理是:合成前驱体有机聚合物,将纤维预制体在前驱体溶液中浸渍,在一定条件下交联固化,然后在一定的温度和气氛下热解转化为陶瓷基体,经反复浸渍热解最终获得致密陶瓷基复合材料。
Yajima S曾以聚碳硅烷(Polycarbosi—lane,简称PCS)为原料制备出SiC纤维,开创了有机聚合制备陶瓷的新领域。
2O世纪8O年代中期掀起了对PIP技术制备陶瓷基复合材料的研究热潮,2O多年来,日本、美国、法国和中国等在PIP技术制备陶瓷基复合材料领域展开了广泛深入的研究,并取得了一些实用化的成果。
简科等将先驱体聚碳硅烷与二乙烯基苯按物质的量比1:0.4配置成溶液,真空浸渍碳纤维三维编织体,120℃下交联固化6h,经过一段时间后取出,然后在氩气保护下高温热解,制得三维编织碳纤维增强碳化硅复合材料,经过7个真空浸渍一交联固化一高温热解周期,使材料致密化,制得材料弯曲强度达到556.7MPa的C/SiC复合材料。
然而,前驱体有机聚合物浸渍热分解转化技术制备的陶瓷基复合材料孔隙率高、体积变形大、工艺周期长、生产效率低、工艺成本高,不利于其推广应用。
因此,有待于探讨新的制备方法,如PIP与CVI联用,不仅能够提高复合材料的致密性,而且缩短周期,提高生产效率。
2.2化学气相沉积及渗积技术化学气相沉积技术(Chemical vapor deposition,简称CVD)是在具有贯通间隙的增强相材料(如纤维、晶须或颗粒)坯体或纤维编织体骨架中沉积陶瓷基体制备陶瓷基复合材料的方法,其工艺为纤维编织体骨架或坯体置于化学气相沉积炉内,通入沉积反应源气,在沉积温度下热解或发生反应,生成所需的陶瓷基体材料,沉积在坯体的孑L隙中,并逐步填满。
化学气相沉积温度一般为1100~1500℃。
如闫志巧等采用化学气相沉积法,于l100℃在碳纤维增强碳化硅复合材料表面制备SiC涂层,研究了涂层连续沉积和分4次沉积(每次沉积时间为6h)所制备的SiC涂层的微观结构和涂层样品的氧化性能。
结果表明,与连续涂层样品相比,4次涂层能显著提高C/SiC样品的抗氧化性能。
CVD工艺的优点是:复合材料在制备过程中纤维受到的机械损伤和化学损伤小;可以制备纤维多向排布、编织和复杂形状的制品;可用于制备组成可调的梯度功能复合材料。
但CVD技术也存在不足:生产周期长,效率低,成本高;坯体中的孔隙在CVD过程中容易堵塞或形成闭孔,即使提高压强,反应源气体也无法进入,因而难以获得高致密性的复合材料。
目前常见的有常压CVI、低压CVD、等离子CVD、热CVD、间隙CVD和激光CVD 等方法。
2.3溶胶一凝胶法溶胶一凝胶(Sol—Ge1)制备技术已用于生产各种高性能陶瓷,在软化学方法中具有特殊的地位。
溶胶一凝胶技术是一种由金属有机化合物、金属无机化合物或上述两者混合物经水解缩聚过程,逐渐胶化并进行相应的后处理,最终获得氧化物或其他化合物的工艺。
如今它已成为研究最多、应用最广泛的制备纳米材料的化学方法之一。
溶胶一凝胶法制备的复合组分纯度高、分散性好,可广泛用于制备颗粒(包括纳米粒子)/N瓷、(纤维一颗粒)/N瓷复合材料,且制得的陶瓷基复合材料性能良好。
Liedtke等采用快速溶胶一凝胶法,将碳纤维预制体经过溶胶浸渍、固化得到凝胶,然后经高温高压热分解制备C/SiC复合材料,用此法制备的C/SiC复合陶瓷的性能和可能的应用将优于商业化的产品。
Gadiou等通过溶胶一凝胶法制备的碳化物涂层提高了C纤维的抗氧化性能。
2.4软机械力化学法机械力化学技术是利用机械能诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能产生变化来制备新材料或对材料进行改性处理。
机械力化学法与传统的技术工艺相比,具有以下优势:①减少生产阶段,简化工艺流程;②不涉及溶剂的使用及熔炼,减少了对环境的污染;③可获得用传统的工艺很难或不能获得的亚稳相产品。
21世纪初,Lu等将Ti、Si、C按Ti25Si25C50的比例混合,采用机械力化学法,经过100h行星球磨后,制备出TiC-SiC复合粉体;崔晓龙等以硅粉和石油焦为原料利用机械合金化技术制备出SiC,并认为生成物是六方晶型的α—SiC。
然而,硬机械力化学法在随机研磨过程中能量效率低,并对材料产生污染。
但是,软机械力化学法是采用机械法将原材料进行预处理,从而降低其反应活化能,制备陶瓷复合粉体的一种方法。
如Yang Yun等以C粉、Si粉、聚四氟乙烯为原料,采用机械激活(软机械力化学)燃烧合成反应法在氩气氛保护下球磨2~8h,制备出不同粒径的超细粉料,将传统的燃烧合成SiC微粉的燃烧温度从2273~3273K降低到1600~1700K,甚至更低。
笔者通过试验得出,软机械力化学法是制备碳颗粒/碳化硅复合粉体行之有效的方法之一,采用该法不仅较好地改善了碳颗粒在SiC 中的分散均匀性问题,而且能够降低复合粉体的烧结温度,制备出综合性能(热稳定性、化学稳定性、可加工性等)良好的陶瓷基复合材料。
2.5液相硅浸渍法液相硅浸渍法(简称LSI)是指在真空条件下,固体硅在1600℃下熔融成液态硅,通过多孔碳/碳坯体中气孔的毛细作用渗透到坯体内部与碳基体反应生成碳化硅基体,因此,又称反应性熔体浸渗法(Reactive melt infiltration,RMI)。
通过控制硅的用量可以得到C/C-SiC复合材料或C/Si—SiC复合材料。
德国宇航院曾采用反应熔体浸渗多孔C/C复合材料的方法制备了C/SiC复合材料。
万玉慧等采用液相硅浸渍法制备了密度为2.31g/cm2的2D C/SiC陶瓷基复合材料,并对材料的结构和力学性能进行了研究。
采用液相硅浸渍工艺可以制备大尺寸、复杂的薄壁结构组件,工艺时间短,材料来源广泛,可以近净成型,成本较低。
然而LSI工艺的不足在于制备C/SiC复合材料时,由于熔融Si与基体C发生反应的过程中,不可避免地会与碳纤维发生反应,纤维被浸蚀导致性能下降;同时,复合材料中残留有一定量的Si导致复合材料抗蠕变性能降低。
3.碳/碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料研究现状及结论3.1烧结助剂含量对其抗氧化性的影响利用A1203和La203作为烧结助剂,存1950℃下用液相烧结技术成功制备SiC陶瓷,并在800℃下对该液相烧结SiC陶瓷进行氧化处理。
用XRD、SEM等手段分析SiC陶瓷表面氧化产物相组成和微观结构的演变,并探讨SiC陶瓷氧化动力学规律。
研究发现:1)随着烧结助剂含量增加,液相烧结SiC陶瓷的致密度和弯曲强度均呈现出增加趋势。
800℃氧化后,SiC陶瓷材料表面的颗粒形状趋于圆形。
2)SiC陶瓷氧化过程遵循抛物线规律,氧化反应是由扩散机制决定的。
经800℃氧化后,SiC陶瓷亚表面生成一层氧化层,降低O2的渗透速率,有利于提高SiC陶瓷抗氧化性。
3.2三维针刺碳/碳化硅陶瓷基复合材料及其摩擦磨损性能采用三维针刺的碳纤维预制体,通过化学气相渗透方法制备具有一定密度的C/C复合材料,然后采用反应熔体浸渗方法进行后续致密化处理,得到高致密度的C/SiC复合材料,系统研究了材料的组织结构特征、刹车性能以及摩擦磨损机理。
在纤维束内部每根C纤维单丝之间由化学气相渗透的碳充填形成致密的C/C区域,而在纤维束之间则主要由反应熔体浸渗法生成的SiC、残留Si和C组成。