陶瓷基复合材料的连接

合集下载

陶瓷基板dbc工艺

陶瓷基板dbc工艺

陶瓷基板dbc工艺陶瓷基板DBC工艺陶瓷基板DBC工艺是一种常用于电力电子器件中的封装技术。

DBC (Direct Bonded Copper)指的是将铜箔直接键合在陶瓷基板上,形成一个紧密结合的复合材料。

该工艺具有很高的导热性能和电绝缘性能,被广泛应用于功率模块、IGBT模块等电力电子器件中。

DBC工艺的核心是将铜箔与陶瓷基板进行键合。

这一步骤是通过在陶瓷基板上涂覆一层金属粘合剂,然后将铜箔放置在粘合剂上,经过高温高压处理,使得铜箔与陶瓷基板紧密结合。

这样的键合方式能够确保电力器件在高电压和高温环境下的可靠性和稳定性。

DBC工艺还包括了陶瓷基板的加工和表面处理。

陶瓷基板通常采用氧化铝陶瓷(Al2O3)或氮化铝陶瓷(AlN),具有良好的绝缘性能和导热性能。

在加工过程中,需要通过磨削、冲孔、抛光等工艺,将陶瓷基板加工成所需的形状和尺寸。

同时,还需要对基板进行表面处理,以提高与铜箔的键合效果。

DBC工艺还涉及到导线的制作和封装的完成。

导线是将电子器件的芯片与外部电路连接的关键部件,通常使用铜箔或银浆进行制作。

在DBC工艺中,导线的制作是通过在铜箔上附加一层导线粘合剂,然后通过高温烧结或电镀等工艺,将导线固定在铜箔上。

最后,将芯片和其他器件组装在陶瓷基板上,并进行封装,以保护芯片和电路。

陶瓷基板DBC工艺具有很多优点。

首先,它具有优异的导热性能,能够有效地将电子器件产生的热量传导出去,提高器件的工作效率和可靠性。

其次,DBC工艺还具有良好的电绝缘性能,能够有效地防止电子器件之间的漏电和短路现象。

此外,DBC工艺还可以实现器件的高密度集成和小型化,提高器件的功率密度和性能。

陶瓷基板DBC工艺是一种重要的电力电子器件封装技术。

它通过将铜箔直接键合在陶瓷基板上,形成一个紧密结合的复合材料,提供了良好的导热性能和电绝缘性能。

该工艺具有很多优点,被广泛应用于功率模块、IGBT模块等电力电子器件中。

未来,随着电力电子技术的不断发展,陶瓷基板DBC工艺将会得到更广泛的应用和推广。

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。

第7章陶瓷基复合材料

第7章陶瓷基复合材料
加入适量的稳定剂后,t相可以部分或全部以亚稳定状态存在于室 温,分别称为部分稳定氧化锆(PSZ)或四方相氧化锆多晶体(TZP)。
利用t-ZrO2m-ZrO2的马氏体相变,可以用来增韧陶瓷材料,即 氧化锆增韧陶瓷材料(ZTC)。
ZrO2陶瓷的特点是呈弱酸性或惰性,导热系数小(在100~1000℃ 范围内,导热系数=1.7~2.0W/(mK),其推荐使用温度为2000~2200℃, 主要用于耐火坩埚、炉子和反应堆的绝热材料、金属表面的热障涂层等。
20~40 - -
5、碳化硅陶瓷(SiC, Silicon Carbide)
以SiC为主要成分的陶瓷材料。
碳化硅(SiC)变体很多,但作为陶瓷材料的主要有两种晶体结构, 一种是-SiC,属六方晶系;一种是-SiC,属立方晶系,具有半导体特 性。多数碳化硅陶瓷是以-SiC为主晶相。
1、氧化铝陶瓷(Al2O3, alumina)
以氧化铝为主成分的陶瓷材料。氧化铝含量越高,性能越好。按 氧化铝含量可分为75瓷、85瓷、95瓷、99瓷和高纯氧化铝瓷等。
主晶相为-Al2O3,属六方晶系,体积密度为3.9 g/cm3左右,熔点 达2050℃。
氧化铝有多种变体,其中主要有、型。除-Al2O3外,其它均 为不稳定晶型。-Al2O3为低温型,具有FCC结构,在950~1200℃范围 内可转化为-Al2O3,体积收缩约13%。在氧化铝陶瓷制备过程中, 一般先将原料预烧, 使-Al2O3转化为-Al2O3。
基复合材料
❖ 晶片补强增韧陶瓷基复合材料——包括人工晶片和天然片状
材料
❖ 长纤维补强增韧陶瓷基复合材料 ❖ 叠层式陶瓷基复合材料——包括层状复合材料和梯度陶瓷基复
合材料。
陶瓷基复合材料类型汇总表

陶瓷基复合材料(CMC)

陶瓷基复合材料(CMC)

第四节陶瓷基复合材料(CMC)1.1概述工程中陶瓷以特种陶瓷应用为主,特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度高以及耐腐蚀件好等特点,已广泛用于制做剪刀、网球拍及工业上的切削刀具、耐磨件、发动机部件、热交换器、轴承等。

陶瓷最大的缺点是脆性大、抗热震性能差。

与金属基和聚合物基复合材料有有所不同的,是制备陶瓷基复合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的韧性。

特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了大量的断裂能量,使韧性得以大幅度提高。

表6—1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺寸大小的比较。

很明显连续纤维的增韧效果最佳,其次为品须、相变增韧和颗粒增韧。

无论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较大提高,而且也使临界裂纹尺寸增大。

陶瓷基复合材料的基体为陶瓷,这是一种包括范围很广的材料,属于无机化合物纳构远比金属与合金复杂得多。

使用最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等,它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。

陶瓷材料中的化学键往注是介于离子键与共价键之间的混合键。

陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。

从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。

碳纤维是用来制造陶瓷基复合材料最常用的纤维之一。

碳纤维主要用在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件,在1500霓的温度下,碳纤维仍能保持其性能不变,但对碳纤维必须进行有效的保护以防止它在空气中或氧化性气氛中被腐蚀,只有这样才能充分发挥它的优良性能。

其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。

陶瓷材料中另一种增强体为晶须。

晶须为具有一定长径比(直径o 3。

1ym,长30—lMy”)的小单晶体。

从结构上看,晶须的特点是没有微裂纹、位偌、孔洞和表面损伤等一类缺陷,而这些缺陷正是大块晶体中大量存在且促使强度下降的主要原因。

在某些情况下,晶须的拉伸强度可达o.1Z(Z为杨氏模量),这已非常接近十理论上的理想拉伸强度o.2Z。

陶瓷基复合材料的复合工艺

陶瓷基复合材料的复合工艺

陶瓷基复合材料的复合工艺
1.预处理
首先,要对陶瓷基材料进行表面处理,以保证其干净平整,可以通过研磨、酸洗等方式进行。

2.涂敷
接着,将经过预处理的陶瓷基材料涂上粘结剂,将其固定在复合材料的骨架上。

选择合适的粘结剂对于复合材料的性能至关重要。

3.堆叠
将涂好粘结剂的陶瓷基材料和其他复合材料进行堆叠,注意堆叠的顺序和布置,以及每层之间是否要添加隔离层或适当缓冲材料,以提高复合材料的性能。

4.压制
经过堆叠后,将复合材料放入压力机中进行压制,根据不同的需要,可以采用热压、冷压等不同的压制方法。

压制后的复合材料具有更高的密度和强度。

5.烧结
若需要提高陶瓷基复合材料的硬度和耐磨性,可以在压制之后进行烧结处理。

烧结温度和时间的选择需要根据具体情况进行调整。

6.后续处理
经过烧结处理后,可以进行后续的加工和处理。

如钻孔、切割、打磨等,以便制作出符合要求的复合材料产品。

用于新一代航天器的新陶瓷基复合材料

用于新一代航天器的新陶瓷基复合材料

6所示。

第一类断裂的裂纹首先发生在陶瓷中,并沿与界面成20°~30°的方向在陶瓷中扩展;第二类断裂面比较平直,离界面约1mm~2mm远;第三类呈球帽状,离界面很近,约015mm远。

图7是这三种断裂的实物图。

不同的断裂方式可能是陶瓷自身的缺陷如微裂纹、气孔等和钎焊引起的残余应力的不同分布综合的结果。

四、 结 论11Zr O2与40C r钢的直接钎焊连接强度低,通过加缓冲层Cu和T i后,可提高接头强度。

21对Zr O2与40C r钢的钎焊,缓冲层Cu厚度为014mm左右和缓冲层T i为110mm左右时,可获得最大连接强度。

31钎焊时,缓冲层Cu大量溶入钎料,而T i仅有少量溶解,但都不会影响钎料与Zr O2的反应结合。

41Zr O2240C r钢连接的所有接头均断在陶瓷近缝区,并可划分为三种类型。

参 考 文 献11H siangYung Yu,Santia Carles Sanday.J.Am.Ceram.Soc.,1993;76(7)∶166121M1G.N icho las and R.M.C risp in,J.M ater.Sci.,1982;17(10)∶334731K.Suganum a,T.O kamo to,and M.Sh i m ada,J.Am.Ceram.Soc.,1983;66(7):C21174.K.Suganum a and T.O kamo to,J.N ucl.M ater.,1985;1332134∶7735.Y.Yam ada,K.Yako i,and A.Kohno,J.M ater.Sci.,1990;25∶218861冼爱平,斯重遥,金属学报,1991;27(6)∶B421(上接第68页)灰(0158%),低硫(0144%),其强度可达95%左右,机械磨损率<5%,具有较优异的吸附性能。

31 与俄罗斯产品比较,沥青基球形活性碳具有较优异的特性,已达日本同类产品水平。

陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料引言。

陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他增强材料组成的复合材料。

它具有优异的耐磨、耐腐蚀、高强度和高温稳定性等特点,因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、化工等领域。

本文将介绍陶瓷基复合材料的组成、性能和应用,并对其未来发展进行展望。

一、陶瓷基复合材料的组成。

陶瓷基复合材料通常由陶瓷基体和增强材料组成。

陶瓷基体可以是氧化铝、碳化硅、氮化硅等陶瓷材料,而增强材料则可以是碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒等。

这些材料通过复合加工技术,如热压、注射成型等,将陶瓷基体与增强材料紧密结合,形成具有优异性能的复合材料。

二、陶瓷基复合材料的性能。

1. 耐磨性,陶瓷基复合材料具有优异的耐磨性,可以在高速、高负荷条件下保持较长的使用寿命,因此被广泛应用于机械设备的零部件制造。

2. 耐腐蚀性,由于陶瓷基复合材料具有优异的化学稳定性,可以在酸、碱等腐蚀性介质中长期稳定运行,因此在化工领域得到广泛应用。

3. 高强度,陶瓷基复合材料在高温、高压条件下依然保持优异的强度和刚性,因此被广泛应用于航空航天领域。

4. 高温稳定性,陶瓷基复合材料在高温条件下依然保持稳定的性能,因此被广泛应用于发动机、燃气轮机等高温设备的制造。

三、陶瓷基复合材料的应用。

1. 航空航天领域,陶瓷基复合材料被广泛应用于航空发动机、航天器外壳等高温、高压零部件的制造。

2. 汽车制造领域,陶瓷基复合材料被应用于汽车刹车片、离合器片等零部件的制造,以提高其耐磨性和耐高温性能。

3. 化工领域,陶瓷基复合材料被应用于化工设备的制造,以提高其耐腐蚀性和耐高温性能。

四、陶瓷基复合材料的发展展望。

随着科学技术的不断进步,陶瓷基复合材料将会在性能和应用范围上得到进一步提升。

未来,我们可以期待陶瓷基复合材料在新能源领域、生物医药领域等新兴领域的广泛应用,为人类社会的发展做出更大的贡献。

结论。

陶瓷基复合材料具有优异的耐磨、耐腐蚀、高强度和高温稳定性等特点,因此在航空航天、汽车制造、化工等领域得到广泛应用。

浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点

浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点

浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料,有效解决了陶瓷的脆性问题,开始在航空、航天、国防等领域得到广泛应用,例如连续纤维补强陶瓷基复合材料,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工业生产领域的极大关注。

文章对陶瓷复合材料的分类、主要性能、机械加工特点进行介绍。

标签:陶瓷基复合材料;分类;力学特性;加工特点1陶瓷基复合材料分类陶瓷基复合材料,根据增强体分成两大类:连续增强的复合材料和不连续增强的复合材料,如表1所示。

其中,连续增强的复合材料包括一方向,二方向和三方向纤维增强的复合材料,也包括多层陶瓷复合材料;不连续增强的复合材料包括晶须、晶片和颗粒的第二组元增强体和自身增强体,如Si3N4中等轴晶的基体中分布一些晶须状β-Si3N4晶粒起到增韧效果。

纳米陶瓷既可以是添加纳米尺寸的增强体复合材料,也可以是自身晶粒尺寸纳米化及增强。

陶瓷基符合材料也可以根据基体分成氧化物基和非氧化物基符合材料。

氧化物基复合材料包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物、复合氧化物等,弱增强纤维也是氧化物,常称为全氧化物复合材料。

非氧化物基复合材料以SiC,Si3N4,MoS2基为主。

2陶瓷基复合材料的力学特性陶瓷本体具有耐高温、抗氧化、高温强度高、抗高温蠕变性好、高硬度、高耐磨损性、线膨胀系数小、耐化学腐蚀等优点,但也存在致命的弱点(脆性),它不能承受激烈的机械冲击和热冲击,这限制了它的应用。

可通过控制晶粒、相变韧化、纤维增强等手段制成复合材料,陶瓷基復合材料具有了更高的熔点、刚度、硬度和高温强度,并具有抗蠕变、疲劳极限好、高抗磨性,在高温和化学侵蚀的场合下能承受大的载荷等优点,使其在航空、航天等众多领域有着广泛的应用前景。

2.1陶瓷基复合材料的主要物理和化学性能(1)热膨胀。

复合材料有纤维、界面和基体构成,因此热膨胀的相容性是非常重要的。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

摘要:陶瓷基复合材料具有抗热震冲击、耐高温、耐腐蚀、抗氧化和抗烧蚀低膨胀、低密度、热稳定性好的优点,这些优点使其成为备受关注的新型耐高温结构材料。

陶瓷基复合材料的连接不仅具有陶瓷材料连接的难点、异种材料连接的问题、加强相与基体的不利反应及加强相的氧化与性能的降低,还具有陶瓷基复合材料承压能力差的缺点。

因此陶瓷基复合材料的连接成为一个研究的热点。

1.陶瓷基复合材料及其应用陶瓷复合材料虽然具有高温强度高、抗氧化、抗高温蠕变等耐高温性能和高硬度、高耐磨性、线膨胀系数小及耐化学腐蚀等一系列优越的性能特点,但也存在致命的弱点,即脆性,它不能承受激烈的机械冲击和热冲击,这限制了它的应用。

而用粒子、晶须或纤维增韧的陶瓷基复合材料,则可使其脆性大大改善。

陶瓷基复合材料(CMC)是目前备受重视的新型耐高温结构材料。

[1,2,3]陶瓷虽然具有作为发动机热端结构材料的十分明显的优点,但其本质上的脆性却极大地限制了它的推广应用。

增韧的思路经历了从消除缺陷或减少缺陷尺寸、减少缺陷数量,发展到制备能够容忍缺陷,即对缺陷不敏感的材料。

目前常见的几种增韧方式主要有相变增韧、颗粒( 晶片) 弥散增韧、晶须( 短切纤维) 复合增韧以及连续纤维增韧补强等。

此外还可通过材料结构的改变来达到增韧的目的,如自增韧结构、仿生叠层结构以及梯度功能材料等。

目前陶瓷基复合材料分为:非连续纤维增强陶瓷基复合材料、连续纤维增强陶瓷基复合材料、层状陶瓷基复合材料。

1.1非连续纤维增强陶瓷基复合材料相变增韧可以大幅度地提高陶瓷材料的常温韧性和强度,但因在高温下相变增韧机制失效而限制了其在高温领域的应用。

颗粒弥散及晶须复合增韧CMC 制备工艺较简单,可明显提高陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性。

将颗粒、晶须等增强物加入到基体材料中,由于两者弹性模量和热膨胀系数的差异而在界面形成应力区,这种应力区与外加应力发生相互作用,使扩展裂纹产生钉扎、偏转、分叉或以其它形式( 如相变) 吸收能量,从而提高了材料的断裂抗力。

对于高温下使用的颗粒弥散及晶须复合增韧陶瓷基复合材料,就基体而言,综合考虑高温强度、抗热震性、比重、抗蠕变性、抗氧化性等,首选材料仍是Si3N4和SiC。

在高温下它们的表面会形成氧化硅保护层,能满足1600℃以下高温抗氧化的要求。

通过在基体材料中加入合适的增强物及选择适当的材料结构,可大幅度提高陶瓷材料的强度和韧性。

[4]1.2连续纤维增强陶瓷基复合材料连续纤维增强陶瓷基复合材料( CFCC) 具有较高的韧性,当受外力冲击时,能够产生非失效性破坏形式,可靠性高,是提高陶瓷材料性能最有效的方法之一。

CFCC 的研究始于1973 年S1R1Levitt 制成的高强度碳纤维增强玻璃基复合材料。

[5] 70年代中期,日本碳公司(Nippon Carbon Co.) 高性能SiC连续纤维Nicalon 的研制成功,使制造纯陶瓷质CFCC 成为可能。

80年代中期,E1Fitzer[6]等用化学气相沉积法制备出高性能的Nicalon 纤维增强SiC基陶瓷复合材料,有力地推动CFCC的发展。

十几年来,世界各国尤其是美国、日本、欧共体等都对CFCC 的制备工艺及增韧机理进行了大量的研究,取得了一些重要成果,少数材料已达到实用化水平。

从目前来看,解决纤维问题的途径主要有2条;一是提高SiC 纤维的纯度,降低纤维中的氧含量。

二是发展高性能的氧化物单晶纤维。

氧化物连续纤维出现较晚,且一般为多晶纤维,高温下纤维会发生再结晶,使其性能下降,而单晶纤维则可避免这一问题。

例如目前蓝宝石单晶纤维使用温度可达1500℃,使材料的高温性能有了很大提高。

[7]随着能承受更高温度的氧化物单晶纤维的出现,高温结构陶瓷基复合材料的研究必将有所突破。

连续纤维增强陶瓷基复合材料虽然在力学性能上具有一定优势,但是连续纤维的生产、排布和编织等工艺复杂,复合材料的成型和烧结致密化都很困难,复合材料强度较低,成本高昂。

同时,高性能的耐高温陶瓷纤维问题至今尚未完全解决,这都极大地限制了它的推广应用。

1.3层状陶瓷基复合材料近年来,人们模拟自然界贝壳的结构,设计出一种仿生结构材料—层状陶瓷复合材料,其独特的结构使陶瓷材料克服了单体时的脆性,在保持高强度、抗氧化的同时,大幅度提高了材料的韧性和可靠性,因而可应用于安全系数要求较高的领域,为陶瓷材料的实用化带来了新的希望。

层状陶瓷复合材料的基体层为高性能的陶瓷片层, 界面层可以是非致密陶瓷、石墨或延性金属等。

与非层状的基体材料相比,层状陶瓷复合材料的断裂韧性与断裂功可以产生质的飞跃。

层状复合不仅可有效改善陶瓷材料的韧性,而且其制备工艺具有操作简单、易于推广、周期短而廉价的优点,尤其适合于制备薄壁类陶瓷部件。

同时,这种层状结构还能够与其它增韧机制相结合,形成不同尺度多级增韧机制协同作用,立足于简单成分多重结构复合,从本质上突破了复杂成分简单复合的旧思路。

[8]1.4陶瓷基复合材料的应用(一)航空燃气涡轮发动机的应用Cf / SiC复合材料在高温下有足够的强度,且有良好的抗氧化能力和抗热震性,非常适合作为高温结构材料。

使用Cf / SiC 复合材料不仅能减轻质量、延长使用寿命,同时具有很低的操作损耗。

NASA Lewis 研究中心制备的Cf / SiC 涡轮发动机在燃烧环境及相应热机械载荷作用下其材料的耐热和力学疲劳性能良好,耐高含氢气体环境性能优越。

因此Cf/ SiC 复合材料目前被广泛应用于军事和商业运载器,包括应用在涡轮发动机的消耗管道、涡轮泵旋转体、喷管等。

欧洲一些研究机构也研制了Cf/ SiC 复合材料发动机喷管和燃烧室部件。

[9](二)热保护系统的应用在航天领域,当飞行器进入大气层后,由于摩擦产生的大量热量,将导致飞行器受到严重的烧蚀,为了减小飞行器的这种烧蚀,需要一个有效的防热体系。

在热结构材料的构件中包括航天飞机和导弹的鼻锥、导翼,机翼和盖板等。

Cf / SiC复合材料是制作抗烧蚀表面隔热板的较佳候选材料之一,它具有质轻耐用的特点。

目前,欧洲正集中研究载人飞船及可重复使用的飞行器的可简单装配的热结构及热保护材料,其中Cf / SiC复合材料是一种重要材料体系,并已达到很高的生产水平。

在美国,用Cf / SiC复合材料制备的T PS 可用于航天操作工具和航天演习工具,AlliedSignal 复合材料公司生产的Cf / SiC材料在高温环境测试中显示出优异的性能。

波音公司通过测试热保护系统大平板隔热装置,也证实了Cf / SiC复合材料具有优异的热机械疲劳特性。

[10](三)高温连接件的应用主要应用于连接固定热的外表面和航空框架结构中冷的衬垫,及用作密封装置。

未来的空间运输系统和超音速的航天飞机中均要求热保护系统和装置能够耐高热的机械和空气动力载荷,大多数结构和元件需要固定系统,Cf / SiC复合材料高温连接件能够满足热性能和力学性能的要求,这些材料将由CVI 法制得, 能够在- 100℃~1800℃范围内使用,拉伸强度大于230MPa。

目前可生产的连接件尺寸在8~12mm 范围内,在连接件上涂上一层抗氧化涂层可使它适用于氧化气氛中。

由于金属材料的热性能和化学性能不稳定, 及单相陶瓷太脆的缺点,因此Cf / SiC 复合材料的应用成为必然。

Cf / SiC 陶瓷材料已经被制成螺钉和其他连接件。

(四)光学和光机械结构中的应用Cf / SiC复合材料除了具有优良的高温性能,而且在恶劣环境下工作的超轻光学系统中,其光学和光机械结构同样具有重要的应用前景。

Cf / SiC复合材料是一种轻质高强的工程材料,它有着可调的力学和热学性能,与传统的粉末基体陶瓷相比,由于其韧性的提高和可忽略的体积收缩,设计非常自由。

到目前为止,Cf / SiC已经用于制造超轻反射镜、微波屏蔽反射镜等光学结构部件。

另外, 由于Cf / SiC具有优异的力学性能,同时它的高热导性与其合适的热膨胀系数结合较好,因此其热稳定性也比其他反射镜基座材料优越,被广泛应用于光学系统中的结构材料及反射镜支撑体系,如反射镜底座。

(五)在刹车系统中的应用Cf / SiC复合材料由于其低密度、高强度以及良好的耐磨性等性能也被逐渐用于高速飞行器和高速汽车、火车上的刹车系统。

国外一些航天中心和设计研究机构采用液态硅浸渗的方法制备的Cf / SiC复合材料正考虑用于制造汽车的刹车片。

在这种刹车盘中,刹车片表面之间具有冷却通道,这种结构可以改善刹车盘的散热性,大幅度提高刹车系统的寿命。

此通过应用Cf / SiC复合材料刹车片,刹车片的质量小于以前使用的钢刹车片质量的50%,刹车系统中其他组件的质量同样能够减轻50% 左右,这样不但能够大幅度减少费用,同时也能明显提高刹车系统的功能,因此Cf / SiC复合材料应用在刹车系统是一个潜在的大市场。

2.陶瓷基复合材料的连接问题和连接方法2.1陶瓷基复合材料的连接问题陶瓷基复合材料的连接不仅具有连接陶瓷材料的难点,如高熔点及有些陶瓷的高温分解使熔焊困难、多数陶瓷的电绝缘性使之不能用电弧或电阻焊进行焊接、陶瓷固有脆性使其无法承受高压力的方法进行连接、陶瓷材料的化学惰性使其不易润湿而造成钎焊困难等等,还应注意连接异种材料时的问题,如选择连接方法与材料时要同时考虑基体材料与加强材料的适应性。

另外在连接陶瓷基复合材料时还应考虑避免加强相纤维的氧化与性能的下降等。

因此连接时间和连接温度一般不能太长太高。

除此之外,由于纤维增强的陶瓷基复合材料的耐压性能较差,因而连接时不能施加较大的压力。

[11]2.2陶瓷基复合材料的连接方法常用的连接方法大致可分为三类: 粘接、机械连接、焊接。

粘接的界面为物理及化学作用,接头强度低,使用温度也较低, 一般低于200℃。

机械连接界面是机械力作用,接头无气密性,易产生应力集中。

考虑到CMCS 复杂的受力条件, 较高的使用温度及可靠性因素时,焊接的方法较为适用。

由于CMCS 连接的难点: 基体熔点高,不能使用熔焊,耐压能力差,不能使用大的压力进行固相扩散连接。

复合材料的化学惰性使之不易润湿而造成钎焊的困难,连接材料对复合材料的适用性,避免增强相和基体之间不利的化学反应而造成CMCS性能的下降。

考虑到以上的问题,因此目前常用的焊接方法有: 钎焊、无压固相反应连接、ARCJIONT、聚合物分解连接及在线液相渗透连接。

(一)粘接粘接是在粘接剂的作用下,使类似的材料或不同材料界面、内部紧密连接的技术。

粘接具有固化速度快,使用温度范围宽,抗老化性能好等特点被广泛的应用在飞机的应急修理,炮弹导弹辅助件连接,修复涡轮,修复压缩机转子等方面。

粘接剂主要是一些环氧树脂类、改性酚醛类、有机硅等,形成的接头一般只有在使用温度较低,一般低于200℃,且大多用于静载荷和超低静载荷零件。

相关文档
最新文档