连续SiC纤维增韧SiC基体复合材料进展
碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的发展现状及其在航空发动机
品化，而先驱体转化法一直是制备连 续束丝碳化硅纤维的最主要方法。
1975 年，Yajima 教授等 [7-9] 开创
宇部兴产公司在 PCS 先驱体中引入 了钛醇盐，生成钛碳硅烷先驱体，然 后采用 Yajima 方法制备了 Tyranno
裂纹，导致纤维强度急剧下降，严重 限制了其应用 。 [13-14]
在使用温度可达 1600℃。高温合金 的比强度和比模量在高于 1050℃时 急剧下降，而 SiC/SiC CMC 比强度和 比 模 量 随 温 度 升 高 而 增 加，在 高 于 1050℃的使用环境中，与高温合金相 比优势显著。因而，SiC/SiC CMC 是 用于航空发动机燃烧室 / 加力燃烧 室、涡轮、尾喷管等热端部件的理想 材料，其研究和发展对提高我国航空 发动机的性能具有重要意义。
空气中 200℃氧化交联 不熔化纤维
高纯氮气中 1000℃以上裂解
Nicalon NL-200 纤维直接采用 Yajima 方法，原纤维在氧化交联过
碳化硅纤维
程中引入氧原子形成大量 Si— O 键， 得到不熔化纤维；在高温烧结过程
图1 先驱体转化法制备碳化硅纤维的工艺流程 Fig.1 Processing route of the polymer-derived SiC fibers
邹 豪 硕士、工程师。中航复合材料有限
责任公司项目主管，主要从事航空树脂 基及陶瓷基复合材料预研课题及型号 攻关项目管理工作。
76 航空制造技术·2017 年第 15 期
连 续 碳 化 硅 纤 维 具 有 高 强 度、 高模量，高温下抗氧化、抗蠕变性能 好，与 陶 瓷 基 体 相 容 性 良 好 等 性 能 特 点，是 制 备 高 性 能 陶 瓷 基 复 合 材 料的重要增强体 [1-2]。连续碳化硅纤 维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（SiC/ SiC CMC）是目前国际公认的最有潜 力的发动机热结构材料之一，保留了 碳化硅纤维高强高模、耐高温、抗蠕 变、耐腐蚀、材料热膨胀系数小等优 点，同时克服了碳化硅陶瓷断裂韧性 低和抗冲击性能差的缺陷 [3]。随着 航空燃气涡轮发动机推重比的不断 提高，对热端部件的耐温要求也越来 越高，热端部件的工作温度已超出现 有的传统高温合金材料耐高温、耐腐 蚀和抗氧化的极限。SiC/SiC CMC 密 度低，仅为高温合金的 1/3~1/4 ；在 不使用空气冷却和环境障涂层的情 况下，工作温度可达 1200℃以上，潜
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用
第28卷第6期 硅 酸 盐 通 报 Vol .28 No .6 2009年12月 BULLETI N OF THE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY Dece mber,2009 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用何柏林,孙 佳(华东交通大学载运工具与装备省部共建教育部重点实验室,南昌 330013)摘要:碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有密度低、高强度、高韧性和耐高温等综合性能,已得到世界各国高度重视。
本文综述了碳纤维的研究进展,C f /Si C 复合材料的制备方法,并分析了各种制备方法的优缺点。
概述了C f /Si C 复合材料作为高温热结构材料和制动材料的应用状况。
最后,指出了有待解决的问题和今后的主要研究方向。
关键词:C f /Si C 复合材料;制备方法;应用中图分类号:T B332 文献标识码:A 文章编号:100121625(2009)0621197206Progress and Appli ca ti on of Carbon F i bers Re i n forcedS ili con Carb i de Ceram i c M a tr i x Com positesHE B o 2lin,SUN J ia(Key Laborat ory of Conveyance and Equi pment,M inistry of Educati on,East China J iaot ong University,Nanchang 330013,China )Abstract:Carbon fibers reinforced silicon carbide cera m ic matrix composites have received intensive interest due t o their excellent p r operties such as l o w density,high strength and t oughness,oxidati on resistances .The devel opment of carbon fibers was revie wed .The several p reparati on methods of C f /Si C composites were intr oduced .The advantage and disadvantaged of every method were analyzed .The app licati on of C f /Si C composites were described as the outstanding high te mperature structure materials and braking materials .Finally,p r oble m s f or further research and key study as pects in the future were pointed out .Key words:C f /Si C composites;p reparati on methods;app licati on基金项目:江西省教育厅科研基金项目(赣教技字[2007]426号)作者简介:何柏林(19622),男,博士,教授.主要从事陶瓷基复合材料的研究.E 2mail:hebolin@1 引 言碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度而被广泛用于高温和某些苛刻的环境中,尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位具有很大的潜力。
高纯SiC微粉制备进展
高纯ＳｉＣ微粉制备进展昝文宇 马北越东北大学冶金学院 辽宁沈阳１１０８１９摘 要：综述了高纯ＳｉＣ微粉主要制备工艺，介绍了近些年ＳｉＣ微粉除杂提纯工艺新进展，提出未来高纯ＳｉＣ微粉制备工艺应不断更新升级，产业化生产技术和装备也需要不断完善。
关键词：ＳｉＣ；制备方法；除杂；研究进展中图分类号：ＴＱ１７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－１９３５（２０２１）０２－０１６１－０８ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－１９３５．２０２１．０２．０１６ ＳｉＣ硬度高，耐腐蚀性、耐高温性和抗氧化性优异，被广泛应用于冶金、航空航天、催化剂载体、工程陶瓷、磨具及机械工程等领域［１－３］。
ＳｉＣ经过工业化的研磨抛光，还可以应用于大规模集成电路基板。
其超高硬度也可以在电子信息产业发挥巨大的作用，如切割芯片等。
目前研究较多的ＳｉＣ纤维本质上也发挥出了ＳｉＣ在一些性能上的特别之处，作为耐高温材料以及增强材料，常在形态上加以区分为ＳｉＣ晶须和ＳｉＣ连续纤维两种。
ＳｉＣ晶须是一种短的纤维状的单晶体，也是目前晶须中硬度、抗拉强度以及模量最优的，在金属基、工业陶瓷基和高聚物基复合材料上起着增强、增韧、增硬的作用。
高性能的连续ＳｉＣ纤维与玻璃陶瓷基形成复合材料，起到了增强和增韧的效果［４］。
而高纯、超细、均匀及无团聚的ＳｉＣ粉体是制备这些高性能ＳｉＣ产品的重要前提。
其中，最早制备高纯ＳｉＣ粉体的方法是碳热还原法，其合成的ＳｉＣ粉体原料成本较低，也是目前工业生产中最常用的方法。
但早期该法在制备过程中反应温度高，反应时间长，产品的杂质含量高，颗粒尺寸大等无法满足超细粉及高纯ＳｉＣ的制备。
近年来，人们不断地对碳热还原法进行深层次的改进，同时也研发了一系列高纯ＳｉＣ微粉的制备新工艺，如自蔓延合成法、高温等离子体法、溶胶－凝胶法、化学气相沉积法和高能机械球磨法等［１］。
但目前作为传统工艺的碳热还原法仍然受到重视，通过不断地更新，该方法只需通过对生产工艺参数进行简单的控制，即可合成当前满足于各工业所需的微米、纳米粉体，在工业规模化生产中发挥着巨大的作用。
复合材料学-陶瓷基复合材料的发展现状和最新进展
陶瓷基复合材料的发展现状和最新进展The Development Status and Recent Research Progress of Ceramic-Matrix Composite Materials学生姓名：学生学号：指导教师：所在院系：所学专业：南京理工大学中国·南京2015年11月摘要综述了陶瓷基复合材料（CMC）在近年来的研究进展，就陶瓷的增强增韧机理、复合材料的制备工艺作了较全面的介绍，综述了先驱体浸渍裂解（PIP）反应熔体浸渗（RMI）化学气相渗透（CVI）泥浆法（SI）等工艺的最新研究进展，并对CMC的应用和未来发展进行了展望。
关键词复合材料；陶瓷基；增强增韧；制备工艺；应用；未来发展Abstract The studying situation of ceramic matrix composites(CMC) in the lately years is reviewed in this paper.The strengthening and toughening mechanism,selection of matrix and reinforced materials and preparation techniques are introduced comprehensively,and then progresses of several preparation processes such as PIP,RMI,CVI,and SI are discussed.Also,the application prospects of future development of CMC are looked forward.Keywords composites; ceramic matrix; strengthening and toughening; preparation technique;application; future development1971年，Avesto首次提出陶瓷基复合材料的概念[1]。
陶瓷基复合材料在航空发动机中的应用和发展
陶瓷基复合材料在航空发动机中的应用和发展发布时间：2022-10-24T06:34:49.845Z 来源：《科学与技术》2022年第6月第12期作者：李晨霏，李彤，周涛，张来，[导读] 陶瓷基复合材料由连续纤维增韧补强陶瓷基体李晨霏，李彤，周涛，张来，沈阳航空航天大学，民用航空学院摘要陶瓷基复合材料由连续纤维增韧补强陶瓷基体，具有耐高温、低密度、高比强、高比摸、抗氧化等优异特性。
是航空航天领域战略性热结构材料可显著提高航空发动机热结构件的使用温度减轻结构重量从而提高推重比，被视为取代高温合金、实现减重增效“升级换代材料”之首选。
本文介绍了陶瓷基复合材料的基本概况，同时分析讨论陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用，探讨了陶瓷基复合材料在航空发动机领域的研究发展趋势。
关键词：陶瓷基复合材料；应用；航空发动机；关键问题；SiC/SiC复合材料；作为飞机的心脏，发动机的性能会直接影响飞机性能的各项指标，而最能体现发动机性能的参数之一就是推重比[[[]文生琼,何爱杰.陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件上的应用[J].航空制造技术,2009(S1):4-7.]]。
近半个世纪以来航空发动机技术，尤其是燃烧室技术的进步，发动机的推重比得到了显著提高，飞机的性能因此得以大幅提升。
随着终端用户对飞行航程和速度要求的不断提高，导致发动机的增压比、涡轮前温度、燃烧室温度以及转速也必须不断提升。
就材料而言，当前高效航空发动机喷射出高热气体——足以达到传统钛合金、镍基高温合金使用温度的极限，现有合金材料方案无法完全满足下一代先进发动机设计对耐热的需求，在实际应用中，不得不对高温部件采取气冷以及热障涂层防护等措施。
不仅增添了加工难度，且研制和维护费用也随之提高。
目前，耐高温性能较好的陶瓷基复合材料技术已成为航空发动机制造的一个发展趋势。
如何运用陶瓷基复合材料（CMC）提高航空发动机的结构效率并降低成本，是航空发动机制造面临的主要技术难题之一。
新型碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展
新型碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展Pro g ress in Research Work of New CMC -SiC西北工业大学张立同成来飞徐永东［摘要］介绍了碳化硅陶瓷基复合材料的应用和发展现状，阐述了CVI -CMC -SiC 制造技术在我国的研究进展，开展了CVI -CMC -SiC 的性能与微结构特性的研究和CVI 过程控制及其对性能影响的研究，研制了多种CMC -SiC 和其构件。
材料性能和整体研究与应用水平已跻身于国际先进行列。
关键词：CVI 制造技术CMC -SiC 微结构应用研究［ABSTRACT ］The a pp Iication and deveIo p ment of CMC -SiC and the p ro g ress in the research work of CVI -CMC -SiC fabrication technoIo gy in China are introduced.The p ro p erties and the microstructure fea-tures of CVI -CMC -SiC ，and the CVI p rocess controI and its effect on the p ro p erties of CMC -SiC are investi-g ated.Man y kinds of CMC -SiC materiaIs and their structuraI p arts are deveIo p ed.The materiaI p ro p erties and the research and a pp Iication of CMC -SiC in China as a whoIe can kee p p ace with that of advanced countries in the worId.Ke y words ：CVI fabrication technolo gy CMC -SiC Microstructure A pp lied research陶瓷材料的耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能，使其具有接替金属作为新一代高温结构材料的潜力。
连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展
2023 年第 43 卷航 空 材 料 学 报2023，Vol. 43第 6 期第 1 – 19 页JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.6 pp.1 – 19引用格式：王敏涓，黄浩，王宝，等. 连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展[J]. 航空材料学报，2023，43(6)：1-19.WANG Minjuan，HUANG Hao，WANG Bao，et al. Application and research progress of continuous SiC fiber reinforced titanium matrix composite materials[J]. Journal of Aeronautical Materials，2023，43(6)：1-19.连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展王敏涓1,2, 黄 浩1,2*, 王 宝1,2, 韩 波1, 杨平华1, 黄 旭1（1．中国航发北京航空材料研究院，北京 100095；2．中国航空发动机集团 先进钛合金重点实验室，北京 100095 ）摘要：连续SiC纤维增强钛基（SiC f/Ti）复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温等特点，在航空航天领域具有重要的应用前景。
本文总结了SiC f/Ti复合材料的应用、制备、性能调控和检测技术，并提出了SiC f/Ti复合材料未来需要突破的瓶颈问题。
SiC f/Ti复合材料单向性能优异，在环类转动件（叶环、涡轮盘等）、杆件（涡轮轴、连杆、紧固件等）以及板类构件（飞机蒙皮等）具有明显应用优势。
常用的SiC f/Ti复合材料的制备方法有箔压法和基体涂层法，箔压法适合制备板类结构件，基体涂层法适用于缠绕形式的结构件，如环、盘以及杆等。
SiC f/Ti复合材料的性能主要取决于SiC纤维、钛合金基体以及纤维/基体界面。
SiC纤维微观结构和性能对制备工艺具有较强的敏感性，通过反应器结构和沉积条件调控获得性能稳定的SiC纤维是研究重点之一。
SiC复合材料的研究进展与展望
第51卷第11期2020年11月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.11Nov.2020SiC 复合材料的研究进展与展望邹芹1,2，周鑫1，李艳国1，王明智1(1.燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北秦皇岛，066004；2.燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛，066004)摘要：基于SiC 复合材料具有硬度高、化学性质稳定、热膨胀系数小等一系列优良特性，在能源、军工、机械、化工等领域得到广泛应用，按组成对SiC 复合材料进行分类，在此基础上介绍目前国内外SiC 复合材料的制备方法；基于SiC 具有较大脆性和较高的熔点，导致SiC 复合材料具有韧性低、难以制备等缺点，对常用的SiC 复合材料增强增韧的手段和研究进展进行讨论，并对增强增韧的机制进行分析；综述SiC 复合材料在性能方面的优势和其应用领域，并对SiC 复合材料未来的研究发展方向进行展望。
关键词：SiC 复合材料；增强增韧；研究进展中图分类号：TB332文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）11-3220-13Research progress and prospect of SiC compositesZOU Qin 1,2,ZHOU Xin 1,LI Yanguo 1,WANG Mingzhi 1(1.State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China;2.School of Mechanical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China)Abstract:Considering that SiC composites are widely used in energy,military industry,machine manufacturing,chemical industry and other fields because of the high hardness,superior stability,low thermal expansion coefficient and other excellent properties,SiC composites were classified based on their composition,and the methods to obtain SiC composites were introduced.Considering that SiC composites have inherent brittleness and high melting point of SiC,SiC composites have lower toughness and are difficult to obtain,the research progress of strengthening and toughening of SiC composites were discussed,and the mechanism of strengthening and toughening was analyzed.The advantages and application fields of SiC composites were summarized,and the future research and development direction of SiC composites were prospected.Key words:SiC composites;strengthening and toughening;research progressDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.11.025收稿日期：2020−07−08；修回日期：2020−09−27基金项目(Foundation item)：丹凤朝阳人才支持计划项目(丹人才办[2019]3号)(Project(Dan Talent Office [2019]No.3)supportedby the Danfeng Chaoyang Talent Support Program)通信作者：李艳国，副研究员，从事陶瓷及其复合材料研究；E-mail:***********.cn第11期邹芹，等：SiC复合材料的研究进展与展望SiC复合材料因为具有高温强度大、耐磨损性能好、热稳定性强、硬度高以及耐化学腐蚀能力强等优点，在机械、航空航天等领域发挥重要作用[1−3]。
SiC晶须增韧Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的研究
ｍｅ ｈ ｎｃｌ ｒｐ ｒｉｓｏ ｈ ｉ ｉ ｅ ｏ ｇ ｅ ｉｇＴｉＣ， ｃ ａ ｉ ｏ ｅｔ ｆｔ ｅＳＣ ｗｈｓ ｒｔｕ ｈ ｎｎ （ Ｎ）一ｂｓ ｄｃ ｒ ｅ ｍｐ ｓ ｅ ａ ｅｏ ｔｉｅ ｔ ｈ ａｐ ｅ ｋ ａｅ ｅ ｔｃ ｏ ｉ ｃ ｎ ｂ ｂａｎ ｄｗｉ ｔ ｅ ｍ ｏ ｔ ｓ ｈ
Ａ ｓ ａ ｔ Ｅ ｆｃ ｏ ｉ ｅｅ ｔ ｉ ｗ ａ ｄｔ ｎａ ｄｔ ｅ ａ ｕ ｍ ｎｅｉｇｔ ｅ ｔｒｓ ｎｔｅ ｒｐｒ ｅ ｅ ｉＣ Ｎ） ｂ ｔ ｃ ： ｆ ｔ ｆ ｆ ｒｎ Ｃ ｄ ｉｏ ｎ ｃ ｕ ｓ ｔｒ ｍｐｒ ｕｅ ｏ ｏ ｅ ｉ ｏ ｔ （ ， 一 ｒ ｅ ｄｆ Ｓ ｉ ｈ ｖ ｉ ｎ ｅ ａ ｈ ｐ ｔｓ ｆｈ Ｔ
属 陶瓷具 有红 硬 性 高 、 摩擦 系数 低 、 耐磨 性 好 、 耐腐
本试 验 所选用 的 ＳＣ晶 须是 中 国矿业 大学 用 稻 ｉ
壳法 生产 的 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ晶须 平 均 直 径 为 ０ ５ １ ０ ｍ， 度 ２， ． ～ ． 长
１ ～４ ｔ 熔 点 ２ ０ ℃ ， 论 密 度 ３ ２ ／ｍ３ 弹性 ０ ０ ｍ， ￣ ７０ 理 ．ｇ ｃ ，
增 韧方式 中 ， 晶须增 韧 不仅增 韧效 果高 ， 且适 用 于 而 室 温 和高 温。 当然 ， 称 为 “ 须 之 王 ” ＳＣ 更 号 晶 的 ｉｗ 加 受 人 青 睐 。笔 者 通 过 在 ＴｉＣ， 基 金 属 陶瓷 基 （ Ｎ）
模量 为 ４ ４ Ｐ ， 膨 胀 系 数 为 ４ ７×１ １Ｇ ａ热 ． ０
。 选
用 的 ＴｉＣ， 、 Ｃ、 、 （ Ｎ） Ｔｉ Ｃ Ｍｏ各 粉末 由‘ ｏ 株洲 ６ １钽铌 ０
所生 产 、 Ｃ粉 末 由 江 西 大 余 ＷＣ制 品厂 生 产 、 Ｗ Ｎｉ
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
力；
调整SiC基体的热膨胀系数使其与碳纤维的热膨胀系数相近，
B 可以通过调整SiC陶瓷基体晶型或控制其晶化程度和最终相组
成而控制其热膨胀系数。
1.3 界面作用
传递作用
隔离作用
• 界面层需要具备 • 抑制基体和纤维
一定的强度，将
之间论研究，在理论上确定纤维与基体之间的最佳界面结合强度，从而使材料的强度和韧性都达到最 佳值，因此应重视多种增强、增韧机制的协同作用；
对Cf／SiC复合材料在高温氧化环境中的氧化行为及机理进行深入的研究，以提高其抗氧化性能； 应重视推动Cf／SiC复合材料向结构、功能一体化方向发展，最大程度地挖掘出Cf／SiC复合材料的应
二、结构和性能
A
结构：Cf／SiC复合材料 是以碳纤维为增强纤维、 SiC为陶瓷基体，通过某 种制备工艺复合起来的一 种纤维增强陶瓷基复合材 料。
B
特点：比强度高——轻 质高强
○ 比模量高——刚性好 ○ 耐疲劳 ○ 热膨胀系数小 ○ 尺寸稳定 ○ 真空环境中显示出优
异的特性
三、制备工艺
纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于各组分的性能、比例以及纤 维结构。复合材料的显微结构在很大程度上取决于复合材料的制备 工艺。根据实际应用领域的需求以及Cf／SiC复合材料的性能需求 的不同，已开发出以下几种制备工艺：化学气相渗透法(CVI)、先 驱体转化法(PIP)、浆料浸渍烧结法、液相硅浸渍法(LSI)和一些综 合的制备工艺。
光学和光机械结构中的应用
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及光学系统中的结构材料及反射镜支撑体系，如 反射镜底座。
此外碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料还用于 高速飞行器和高速汽车、火车上的刹车系统。 超高音速飞行器中，在原子能反应堆中可用做 核燃料的包封材料，还可用作火箭尾喷管的喷 嘴及飞机驾驶员防弹用品等领域。