2陶瓷基复合材料及其应用
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料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。
陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。
这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。
而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。
纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。
其最高使用温度主要取决于基体特征。
陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。
法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。
工制备艺浆体浸渍-热压法适用于长纤维。
首先把纤维编织成所需形状，然后用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行烧结。
优点是加热温度较晶体陶瓷低，层板的堆垛次序可任意排列，纤维分布均匀，气孔率低，获得的强度较高。
缺点则是不能制造大尺寸的制品，所得制品的致密度较低，此外零件的形状不宜太复杂，基体材料必须是低熔点或低软化点陶瓷。
晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的加工与制备晶须与颗粒的尺寸均很小，只是几何形状上有些区别，用它们进行增韧的陶瓷基复合材料的制造工艺是基本相同的。
基本上是采用粉末冶金方法。
制备工艺比长纤维复合材料简便很多。
所用设备也不复杂设备。
过程简单。
混合均匀，热压烧结即可制得高性能的复合材料制造工艺也可大致分为配料-成型-烧结-精加工等步骤。
直接氧化沉积法方法：将纤维预制体置于熔融金属上面，添加有镁、硅添加剂的熔融金属铝，在氧化气氛中，不断地浸渍预制体，在浸渍过程中，熔融金属或其蒸汽与气相氧化剂反应生成氧化物。
随着时间的延长，边浸渍边氧化，最终可制得纤维增强CMC。
优点：纤维几乎无损伤、纤维分布均匀、CMC性能优异，工艺简单、效率高成本低先驱体热解法方法：将单独合成的先驱体，通过加温调节其粘度，在高压-真空联合作用下使其浸入并充满多向纤维编织坯件的空隙，在高温下使先驱体热解。
陶瓷基复合材料的研究进展及其在航空发动机上的应用
陶瓷基复合材料的研究进展及其在航空发动机上的应用摘要：综述了陶瓷基复合材料(CMCs) 的研究进展。
就CMCs的增韧机理、制备工艺和其在航空发动机上的应用进展作了详细介绍。
阐述了CMCs研究和应用中存在的问题。
最后，指出了CMCs的发展目标和方向。
关键词：陶瓷基复合材料；航空发动机；增韧机理；制备工艺The Research Development of Ceramic Matrix Compositesand Its Application on AeroengineAbstract: The development and research status of ceramic matrix composites were reviewed in this paper. The main topics include the toughening mechanisms, the preparation progress and the application on aeroengine were introduced comprehensively. Also, the problems in the research and application of CMCs were presented. Finally, the future research aims and directions were proposed.Keywords: Ceramic matrix composites, Aeroengine, Fiber toughening,Preparation progress1 引言推重比作为发动机的核心参数，其直接影响发动机的性能，进而直接影响飞机的各项性能指标。
高推重比航空发动机是发展新一代战斗机的基础，提高发动机的工作温度和降低结构重量是提高推重比的有效途径[1]。
现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到了1500~1700℃，如M88-2型发动机涡轮进口温度达到1577℃，F119型发动机涡轮进口温度达到1700℃左右，而推重比15~20一级发动机涡轮进口温度将达到1800~2100℃，这远远超过了发动机中高温合金材料的熔点温度。
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。
陶瓷基复合材料在高超声速飞行器热防护系统中的应用
陶瓷基复合材料在高超声速飞行器热防护系统中的应用图1 新材料对新型飞行器的促进 摘 要 主要介绍了陶瓷基复合材料制成的热防护系统及热结构在吸气式高超声速飞行器不同部位(包括前缘、机身大面积区域和控制面)上的应用,并指出了存在的问题和面临的技术挑战。
关键词 高超声速飞行器 热防护系统 热结构陶瓷基复合材料引 言当吸气式飞行器在大气层内高速飞行时,强烈的气动加热会给结构强度带来严重的问题,因此,必须要由一个性能良好的热防护系统(TPS)对结构提供保护,使飞行器底层主体结构维持在所允许的温度范围内。
吸气式高超声速飞行器的结构设计面临严峻的技术挑战,其中之一来自于大的温度梯度。
例如,飞行器液氢燃料贮罐中液氢温度低达-253℃,而TPS外表面的温度高达1100℃～1650℃,在如此大的温度梯度下,将热胀冷缩不一致的各种组件(储罐、隔热层、结构以及TPS等)组合装配起来,是一个很大的技术挑战。
在吸气式高超声速飞行器的某些结构中,为减小阻力一般采用厚度很薄的剖面,这些结构往往要承受很高的温度载荷和机械载荷,但为了不影响飞行,必须维持其气动外形,因此,其TPS不允许采用烧蚀材料。
飞行器在高速飞行时,为确保头锥前缘产生所需的激波,以使超燃冲压发动机捕获的空气流量最大化,这些部位也不允许线性烧蚀。
除以上问题以外,飞行器迎风面存在的台阶会导致局部过热点,其外表面存在的缝隙会导致高温等离子体渗入到结构中。
此外,推进系统与机身连接时的热膨胀不匹配、TPS全寿命周期成本等也是必须解决的技术问题。
要解决上述所有问题,需要采用一种不同于航天飞机机身TPS的新型热防护和热结构方案。
1 陶瓷基复合材料历史表明新材料的应用使得新型飞行器成为可能(如图1所示)。
对于吸气式高超声速飞行器而言,其TPS所需的材料必须同时具备耐高温(1100℃～2200℃)、高强度、高韧性、轻质和环境稳定性等特性。
图2给出了不同材料的比强度(强度与密度之比)随温度的变化。
陶瓷基复合材料介绍
陶瓷基复合材料介绍一、材料定义与特性陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites，简称CMC）是一种以陶瓷为基体，复合增强体材料的高性能复合材料。
它具有高强度、高硬度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于航空航天、汽车、能源、化工等领域。
二、基体与增强体材料陶瓷基体的主要类型包括氧化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼等，它们具有高熔点、高硬度、耐腐蚀等特性。
增强体材料主要包括纤维、晶须、颗粒等，它们可以显著提高陶瓷基体的强度和韧性。
三、制备工艺与技术陶瓷基复合材料的制备工艺主要包括：热压烧结法、液相浸渍法、化学气相沉积法、粉末冶金法等。
其中，热压烧结法和液相浸渍法是最常用的制备工艺。
四、增强纤维与基体的界面增强纤维与基体的界面是影响陶瓷基复合材料性能的关键因素之一。
为了提高材料的性能，需要优化纤维与基体的界面特性，包括润湿性、粘结性、化学稳定性等。
五、材料的应用领域陶瓷基复合材料具有广泛的应用领域，主要包括：航空航天领域的发动机部件、机载设备；能源领域的燃气轮机叶片、核反应堆部件；汽车领域的刹车片、发动机部件；化工领域的耐腐蚀设备、管道等。
六、发展现状与趋势随着科技的不断进步，陶瓷基复合材料的研究和应用不断深入。
目前，国内外研究者正在致力于开发低成本、高性能的陶瓷基复合材料，并探索其在更多领域的应用。
同时，研究者还在研究如何更好地控制材料的微观结构和性能，以提高材料的综合性能。
七、挑战与机遇尽管陶瓷基复合材料具有许多优异的性能，但它们的制备工艺复杂、成本高，且存在易脆性等挑战。
然而，随着科技的不断进步和新材料的发展，陶瓷基复合材料的成本逐渐降低，应用领域也在不断扩大。
同时，随着环保意识的提高和能源需求的增加，陶瓷基复合材料在能源和环保领域的应用前景广阔。
因此，陶瓷基复合材料在未来仍具有巨大的发展潜力。
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。
复合材料 (2)综述
陶瓷基复合材料摘要: 材料是科学技术发展的基础，材料的发展可以推动科学技术的发展，材料主要有金属材料、聚合物材料、无机非金属材料和复合材料四大类. 复合材料是不同的材料结合在一起、形成一种结构较为复杂的材料。
近年来，通过往陶瓷中加入或生成成颗粒、晶须、纤维等增强材料，使陶瓷的韧性大大地改善，而且强度及模量也有一定的提高。
陶瓷复合基材料就是以陶瓷材料为基体，并以陶瓷、碳纤维、难熔金属纤维、晶须、晶片和颗粒等为增强体，通过适当的复合工艺所构成的复合材料。
本文主要综述了陶瓷基复合材料的发展状况,分类,基体,增强体,以及制备工艺等内容。
关键词：陶瓷基复合材料、基体、增强、制备。
1 陶瓷基复合材料的发展概况。
陶瓷材料作为技术革命的新材料早在十几年前就引起了美国的关注。
近年来由于日本、美国、欧洲的竞相研究陶瓷材料技术得到迅速发展。
作为能适应各种环境的新型结构材料陶瓷材料已步入了实用化阶段。
为使陶瓷在更大范围内达到实用化国内外都对能改善陶瓷韧性陶瓷基复合材料进行了广泛研究。
陶瓷基复合材料(CMC)由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，是制造推重比10 以上航空发动机的理想耐高温结构材料。
一方面，它克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点，提高了材料的断裂韧性；另一方面，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。
陶瓷基复合材料的最高使用温度可达1650℃，而密度只有高温合金的70％。
因此，近几十年来，陶瓷基复合材料的研究有了较快发展。
目前CMC 正在航空发动机的高温段的少数零件上作评定性试用。
2 陶瓷基复合材料的分类按增强材料形态分类，陶瓷基复合材料可分为颗粒增强陶瓷复合材料、纤维增强陶瓷复合材料、片材增强陶瓷复合材料。
按基体材料分类，陶瓷基复合材料可分为氧化物基陶瓷复合材料、非氧化物基陶瓷复合材料、碳/碳复合材料、微晶玻璃基复合材料。
3 瓷基体的种类陶瓷基体材料主要以结晶和非结晶两种形态的化合物存在，按照组成化合物的元素不同，又可以分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。
陶瓷基复合材料的应用
陶瓷基复合材料的应用
陶瓷基复合材料是一种结构复杂、性能优异的无机非金属材料。
它由陶瓷基质和高强度增韧相组成，能够在高温、高压、强腐蚀等恶
劣环境下发挥出良好的耐磨、耐腐蚀、高温稳定性和耐切割等性能，
因此被广泛应用于不同领域。
工业应用领域
在工业领域，陶瓷基复合材料的应用主要体现在耐火材料、磨料、切削工具、涂层、复合管、电气绝缘材料等方面。
比如在高温烧结炉、高温反应器中，钙钛矿型材料是一种重要的阀门材料和热交换器的材料；在汽车和航空领域，切削工具等陶瓷材料的使用能够提高加工效
率和精度，同时降低成本。
此外，陶瓷材料的磨料性能比金属材料优异，能够获得较好的加工表面质量和较高的加工效率，广泛用于锻压、砂轮加工、喷砂处理等加工工艺中。
医疗领域
陶瓷基复合材料在医疗领域的应用日益广泛。
采用陶瓷基复合材
料制成的人工关节、牙科种植体、修复材料等，其生物相容性和生物
活性都非常好，可以避免因金属材料引起的过敏反应和机体排异反应。
同时，陶瓷材料硬度高、抗压强度大，能够完全承受人体重量和牙齿
咬合力，具有优异的耐磨性和长期稳定性。
环境保护领域
陶瓷基复合材料的高耐磨、耐腐蚀性也使其在环境保护领域中得
到了广泛应用。
例如，陶瓷膜滤器常被用于废水处理、工业尾气净化
等领域中，因为其过滤精度高、操作简单、抗腐蚀性强等优点，能够
有效地分离出各种废水和气体中的有害物质，避免其对环境造成进一
步危害。
总之，随着现代工业技术的不断发展和进步，陶瓷基复合材料的
应用范围也将不断扩大与拓展，使之成为未来材料发展的热点之一。