sic陶瓷基复合材料制备工艺
陶瓷基复合材料
图5-5 当αp>αm时残余应力场引起的 裂纹偏转
图5-6 SiCp/Si3N4复合材料体系中断裂能 与SiCp体积含量的关系
图5-7 SiCp/Si3N4复合材料体系中断裂韧 性与SiCp体积含量的关系
（4）颗粒的裂纹桥联增韧 裂纹桥联发生在裂纹尖端后方，由某些结构单 元（如纤维、晶粒等）连接裂纹的两个表面， 并提供一个使裂纹面相互靠近的闭合力，使断 裂韧性（临界应力强度因子）增大。 脆性颗粒：当裂纹遇上桥联剂时，桥联剂可能 穿晶破坏，也可能出现互锁现象（即裂纹绕过 桥联剂沿晶界扩展），其他颗粒形成裂纹链。 延性颗粒：颗粒在应力作用下可能发生塑性变 形并形成裂纹桥联，使裂纹“钝化” 。当基体 与延性颗粒的热膨胀系数相等时，利用延性裂 纹桥可达到最佳增韧效果。
330
275 380
317
236 165
3.0
3.2 2.8
30～15
28～12 6～3
5.1.2 陶瓷基复合材料的增强材料
1 ．纤维增强体 （1）碳纤维 石墨纤维，高模量型，拉伸模量400GPa，拉伸强度 1.7GPa；低模量型，拉伸模量240GPa，拉伸强度 2.5GPa。 （2）SiC纤维 CVD法、有机硅聚合物前驱体法，最高使用温度达 1200℃，强度达1960～4410MPa，在最高使用温度下 强度保持率在80％以上，模量为176.4～294GPa。 （3）氧化铝系纤维 聚合物法、溶胶-凝胶。使用温度达1450℃～1600℃， 拉伸强度2000～3000MPa。 2 ．晶须 强度高，接近0.2E。常用SiC、Al2O3、Si3N4晶须。 3 ．颗粒增强体 常用SiC、Si3N4、ZrO2、TiB2颗粒。
抗弯强度/MPa 抗压强度/MPa
C_C_SiC复合材料两种制备工艺及材料性能_朱耘玑
性能分析PROPERTY ANALYSIS航空制造技术·2009年增刊118[摘要] 以碳纤维整体毡为预制体，采用化学气相渗透法（CVI ）制备出低密度碳/碳复合材料，再分别采用液相硅渗透工艺（LSI ）制备出密度为2.1g/cm 3的碳/碳-碳化硅复合材料（C/C -SiC ），及先驱体转化工艺（PIP ）制备出密度为1.9g/cm 3的C/C -SiC 。
对2种工艺制备的C/C -SiC 力学性能进行了比较，结果表明：PIP 工艺制备的C/C -SiC 弯曲强度为287MPa ，明显高于LSI 工艺制备的弯曲强度155MPa 。
关键词: C/C-SiC 液相硅渗透工艺 先驱体转化工艺 化学气相渗透工艺[ABSTRACT] The C/C composites of low density are fabricated by chemical vapor in fi ltration (CVI) with in-tegral carbon felts with carbon fi ber as prefab. On the basis of the low density C/C composites, the C/C-SiC compos-ites with the density of 2.1g/cm 3 are prepared by liquid sili-con in fi ltration (LSI), and the C/C-SiC composites with the of density 1.9g/cm 3 are prepared by precursor infiltration and pyrolysis (PIP). The result shows that bend strength of the C/C-SiC composites prepared by PIP is 287MPa, which is better than that of 155MPa of the composites prepared by LSI.Keywords: C/C-SiC LSI PIP CVI碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（C/SiC ）因具有高强度、高硬度、抗氧化、抗蠕变以及高温下抗磨损性好、耐化学腐蚀性优良、热膨胀系数和相对密度较小等特点，在航空航天等高温热结构材料方面有着广泛的应用前景[1-2]。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
碳纤维增强陶瓷基复合材料摘要：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，本文将对有关碳纤维增强碳化硅陶瓷的有关信息简单介绍。
关键词：陶瓷基复合材料，碳纤维增强。
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。
但是,陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力,在断裂过程中除了产生新的断裂表面吸收表面能以外,几乎没有其它吸收能量的机制,这就严重限制了其作为结构材料的应用。
碳纤维具有比强度高、比模量大、高温力学性能和热性能良好等优点,在惰性气氛中2000℃时仍能保持强度基本不下降。
用碳纤维增强碳化硅复合材料,材料在断裂的过程中通过纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转等增韧机制来消耗能量,使材料表现为非脆性断裂。
Cf/SiC复合材料综合了碳纤维优异的高温性能和碳化硅基体高抗氧化性能,受到了世界各国的高度关注,并广泛应用在航空、航天、光学系统、交通工具等领域。
2. 碳纤维材料简介2.1碳纤维简介碳纤维是有机纤维或沥青基材料经谈话和石墨处理后形成的含碳量在85%以上的碳素纤维，是20世纪50年代为满足航空航天等尖端领域的需要而发展起来的一种特种纤维。
目前，碳纤维的生产原料分为三大体系：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维。
其中聚丙烯腈基碳纤维由于原料资源丰富，含碳量高及碳化率高，成本低，正在被重视。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。
因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料论文2015年5月５日摘要：陶瓷基复合材料主要以高性能陶瓷为基体.通过加入颗粒、晶须、连续纤维和层状材料等增强体而形成的复合材料。
如碳化硅、氮化硅、氧化铝等，具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。
陶瓷基复合材料的研究还处于较初级阶段，我国对陶瓷基复合材料的研究则刚刚起步不久。
关键词：陶瓷基复合材料基体增强体强韧化机理制备技术前言: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。
正文一、陶瓷基复合材料基本概述陶瓷基复合材料的基体为陶瓷。
如碳化硅、氮化硅、氧化铝等,具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。
化学键往往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；其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。
纤维增强陶瓷基复合材料是改善陶瓷材料韧性的重要手段。
目前常用的晶须是ＳiＣ和Ａ12Ｏ3,常用的基体则为A12O3,ZrO２,SiＯ２,Si３Ｎ4以及莫来石等。
晶须具有长径比，含量较高时，桥架效应使致密化困难，引起了密度的下降导致性能下降。
颗粒代替晶须在原料的混合均匀化及烧结致密化方面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。
常用的颗粒也是SiC、Ｓi3N４和Ａ12O3等。
陶瓷基复合材料发展迟滞，发展过程中也遇到了比其它复合材料更大的困难。
SIC 复合材料的分类及应用前景
摘要：本文详细阐述了 SIC 复合材料的主要分类，包括 SIC 颗粒增强复合材料、SIC 纤维增强复合材料和 SIC 晶须增强复合材料等。
深入探讨了每类复合材料的特性、制备方法以及它们在航空航天、汽车工业、电子领域、能源领域和生物医学等多个重要领域的广泛应用。
分析了 SIC 复合材料在实际应用中所面临的挑战，并对其未来发展趋势进行了展望。
关键词：SIC 复合材料；分类；制备方法；应用领域1、引言在现代材料科学领域，复合材料因其能够结合不同组分的优点，从而获得优异的综合性能，已成为研究和应用的热点。
其中，SIC（碳化硅）复合材料以其出色的力学、热学和化学性能，在众多高新技术领域展现出巨大的应用潜力。
对 SIC 复合材料进行分类研究，并深入了解其应用，对于推动材料科学的发展和拓展其工程应用具有重要意义。
2、SIC 复合材料的分类2.1SIC 颗粒增强复合材料SIC 颗粒增强复合材料是将 SIC 颗粒作为增强相均匀分散在基体材料中。
常用的基体材料包括金属（如铝、镁等）和陶瓷（如氧化铝、氮化硅等）。
SIC 颗粒的加入可以显著提高基体的强度、硬度和耐磨性。
制备方法主要有粉末冶金法、搅拌铸造法等。
通过这些方法，可以使 SIC 颗粒在基体中均匀分布，形成良好的界面结合。
2.2SIC 纤维增强复合材料SIC 纤维具有高强度、高模量和耐高温的特性。
以 SIC 纤维作为增强体的复合材料在力学性能和耐高温性能方面表现更为出色。
常见的有SIC 纤维增强陶瓷基复合材料（如SIC/SiC）和 SIC 纤维增强金属基复合材料（如 SIC/Ti）。
其制备方法通常包括预制体浸渍法、化学气相渗透法等。
这些方法能够保证纤维在复合材料中保持良好的完整性和定向排列，从而有效地传递载荷，提高复合材料的性能。
2.3SIC 晶须增强复合材料SIC 晶须是一种具有高长径比的单晶纤维，具有极高的强度和韧性。
将 SIC 晶须添加到基体材料中，可以显著改善材料的断裂韧性和抗疲劳性能。
第六章 陶瓷基复合材料
19
3、化学气相浸渗法 (Chemical Vapor Infiltration，简称CVI法）
定义：
反应物以气体的形式渗入到纤维预制体的内部并发
生化学反应，形成陶瓷固体沉积在预制体表面，使预
制体逐渐致密形成陶瓷基复合材料的一种工艺。
20
CVI的突出优点是：
能在较低温度进行高温材料的制备，SiC陶瓷的烧结温度通常 高达2000℃以上，而采用CVI法则能在900－1100℃的温度下 制备出高纯度的SiC陶瓷：
21
CVI法制备的Cf/SiC陶瓷基复合材料的显微结构
22
4、反应性熔体浸渗法 (Reactive Melt Infiltration，简称RMI法)
在采用RMI法制备SiC陶瓷基复合材料过程中， 将Si熔化后，在毛细管力的作用下Si熔体渗入到以 多孔C/C材料内部，并同时与基体碳发生化学反应 生成SiC陶瓷基体。
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。
SiC具有很高的热传导能力，较好的热稳定性、耐 磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性。
12
4、玻璃陶瓷（glass-ceramics）
某些玻璃经热处理后可以晶化形成大量的微晶体。这种含
抗弯强度MPa
弹性模量Gpa 断裂韧性K1C，MPam1/2
473±30
247±16 3.7±0.7
454±42
188±18 15.6±1.2
热膨胀系数
(室温-1000℃)10-3/℃
4.62
2.51
28
（3）纤维/碳化硅陶瓷基复合材料 SiC基CMC的密度2～2.5g/cm3，仅为高温合金和铌
陶瓷基复合材料综述报告
陶瓷基复合材料综述报告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，具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。
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。
迄今，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。
有些发达国家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，取得了不错的使用效果[1]。
一、陶瓷基复合材料增强体用于复合材料的增强体品种很多，根据复合材料的性能要求，主要分为以下几种[2-4] :1.1纤维类增强体纤维类增强体有连续长纤维和短纤维。
连续长纤维的连续长度均超过数百。
纤维性能有方向性，一般沿轴向均有很高的强度和弹性模量。
1.2颗粒类增强体颗粒类增强体主要是一些具有高强度、高模量。
耐热、耐磨。
耐高温的陶瓷等无机非金属颗粒，主要有碳化硅、氧化铝、碳化钛、石墨。
细金刚石、高岭土、滑石、碳酸钙等。
主要还有一些金属和聚合物颗粒类增强体，后者主要有热塑性树脂粉末1.3晶须类增强体晶须是在人工条件下制造出的细小单晶，一般呈棒状，其直径为0.2~1微米，长度为几十微米，由于其具有细小组织结构，缺陷少，具有很高的强度和模量。
1.4金属丝用于复合材料的高强福、高模量金属丝增强物主要有铍丝、钢丝、不锈钢丝和钨丝等，金属丝一般用于金属基复合材料和水泥基复合材料的增强，但前者比较多见。
1.5片状物增强体用于复合材料的片状增强物主要是陶瓷薄片。
将陶瓷薄片叠压起来形成的陶瓷复合材料具有很高的韧性。
二、陶瓷基的界面及强韧化理论陶瓷基复合材料(CMC)具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，被认为是推重比10以上航空发动机的理想耐高温结构材料。
陶瓷基复合材料要点课件(1).ppt
按基体分：
金属基复合材料MMC
复合材料
有机材料基复合材料
无机非金属基复合材料
木质基复合材料
聚合物基复合材料PMC
橡胶基 树脂基
水泥或混凝土基复合材料
热塑性树脂 热固性树脂
陶瓷基复合材料CMC
4
按增加体分：
复合材料
颗粒状分散复合材料 纤维状分散复合材料
分散强化复合材料
片晶增强复合材料
颗粒增强复合材料
单向纤维强化复合材料
连续纤维复合材料
非编织纤维层 二维、三维编织纤维层
不连续纤维复合材料
短纤维
随机排列 定向排列
晶须
随机排列
定向排列 5
按性能分：
聚合物基复合材料 金属基复合材料 无机非金属基复合材料 功能基复合材料 纳米基复合材料 梯度基复合材料
6
复合材料在21世纪中应起的作用
对信息技术提供服务：信息获得、处 理、储存、传输和执行
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莫来石 （3Al2O3·2SiO2~2Al2O3·SiO2), 一般1550～1600℃烧成，纯的莫来石 要在1750 ℃左右才能烧成。
尖晶石（AR2O4，A代表二价元素离子， R代表三价元素），典型的有镁铝尖晶 石。
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基体材料 — 非氧化物陶瓷
指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物 和硅化物等。自然界比较少，需要人工合 成，是先进陶瓷特别是金属陶瓷的主要成 分和晶相，主要由共价键结合而成，也有 一定的金属键成分。
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纳米复合材料
纳米效应—表面及界面效应、量子尺寸效应、宏观 量子隧道效应等，这些效应使纳米复合材料不仅有 优良的力学性质而且会产生光学、排线性光学、光 化学和电学的功能作用。 （1）有机—无机纳米复合材料 将无机纳米粒子引入有机聚合物——电磁流变液 （2）无机——无机纳米复合材料
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sic陶瓷基复合材料制备工艺
SIC陶瓷基复合材料主要通过以下工艺步骤进行制备：
1. 原料准备：首先需要准备SIC陶瓷基体和添加剂，如增韧剂、增强剂等。
SIC陶瓷基体一般是由硅和碳元素组成的粉末，而添加剂可以根据具体需求选择不同的材料。
2. 原料混合：将SIC基体和添加剂按照一定比例混合均匀，
一般采用球磨或干法混合的方式。
3. 成型：将混合后的原料进行成型，常用的成型方法包括压制成型、注射成型等。
4. 烧结：将成型后的样品进行烧结处理。
烧结是指将样品在高温下进行加热处理，使其颗粒之间发生熔合，形成致密的陶瓷坯体。
烧结温度和时间主要根据不同的材料和要求进行调整。
5. 超高温处理：在烧结完成后，有时需要进行超高温处理，以获得更高的材料性能。
超高温处理一般在高温下对材料进行再次加热处理，以促进晶体的生长和晶界的重排。
6. 表面处理：对制备好的复合材料进行必要的表面处理，如清洗、抛光等，以提高材料的表面质量。
7. 性能测试：对制备好的材料进行必要的性能测试，如硬度测试、断裂韧性测试等，以评估材料的性能和品质。
以上是一般的制备工艺流程，具体的制备工艺还需要根据具体材料和产品要求进行调整。