第十四章陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料标准论文
张峰Z09016133陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料概述：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。
陶瓷基复合材料制造工艺1 粉末冶金法工艺流程：原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂） 均匀混合（球磨、超声等） 冷压成形 （热压）烧结适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料2浆体法（湿态法）为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题，可采用浆体（湿态）法制备颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料。
其混合体为浆体形式。
混合体中各组元保持散凝状。
即在浆体中呈弥散分散采用浆体浸渍法也可制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料3反应烧结法用此方法制备陶瓷基复合材料，除基体材料几乎无收缩外，还具有以下优（1）增强剂的体积比可以相当大；（2）可用多种连续纤维预制体；（3）大多数陶瓷基复合材料的反应烧结温度低于陶瓷的烧结温度，因此可避免纤维的损伤。
此方法最大的缺点是高气孔率难以避免。
4、液态浸渍法用此方法制备陶瓷基复合材料，化学反应熔体粘度、熔体对增强材料的浸润性是首要考虑的问题，这些因素直接影响着材料的性能。
陶瓷熔体可通过毛细作用渗入增强剂预制体的孔隙。
施加压力或抽真空将有利于浸渍过程。
假如预制体中的孔隙呈一束束有规则间隔的平行通道，则可用Poisseuiue方程计算出浸渍高度h：h = √（γr t cosθ）/ 2η式中r 是圆柱型孔隙管道半径；t 是时间；γ是浸渍剂的表面能；θ是接触角；η是粘度。
陶瓷基复合材料加工工艺
第十四章陶瓷基复合材料加工工艺第一节增强体的制备陶瓷基复合材料的增强体（强韧化组元），主要有陶瓷纤维、陶瓷晶须与片状晶体、硬质陶瓷颗粒和可相变的氧化锆等。
一、增强纤维可以用作陶瓷复合材料增强体的纤维，有金属纤维、陶瓷纤维和碳纤维。
1．金属纤维Ta、Mo、W、Ni、Nb等高熔点纤维及不锈钢纤维，原则上都可以用作陶瓷基体的增强体。
金属纤维一般由拉丝制成，直径在10～600μm的范围内，有比较大的选择范围。
其特点是密度大、热膨胀系数大、容易氧化，可能对复合材料制作工艺和性能不利，而其延展性大和导电率高的特点，在某些情况下是有益的。
2．陶瓷纤维陶瓷纤维包括含有金属芯的陶瓷纤维和全陶瓷的纤维。
在W金属丝或碳素丝上，用化学沉降的方法可以形成连续的陶瓷纤维。
芯的直径大约在30—50μm，沉降后的纤维直径大约在100～200μm。
陶瓷层组分可以是SiC或Si3N4。
近年来，用有机硅前驱体分解的方法，可以拉制出许多种陶瓷纤维。
其方法是将硅基有机物前驱体，在熔融状态下拉制出直径在数十微米的纤维，然后进行聚合以及高温分解，形成陶瓷纤维。
这种纤维有碳化硅纤维、氮化硅纤维、碳化钛纤维、氧化铝纤维等。
其中，比较有名的是日本宇部兴产株式会社生产的以Nicalon和Tynano命名的碳化硅纤维。
它们都是用聚碳硅烷纺丝而成。
在组成上是碳化硅微晶和SiO2、C的集合物。
在高于1400℃的高温下，其中的SiC微细晶粒会发生再结晶而长大，C会与O发生反应，生成CO气体而逸出。
非晶态的SiO2也会结晶化而生成石英微细晶粒。
这些现象都使现存的碳化硅陶瓷纤维只能在1400℃以下温度下使用。
Tynano 型SiC纤维，是含有一定Ti元素的纤维，耐热温度据称比Nicalon高近50℃。
Al2O3纤维在高温下容易发生晶粒长大而难用于高温。
3．碳纤维碳纤维的用量正在不断增加，尤其是在高分子基复合材料中的用量增长很快。
碳纤维分为有机高分子系（PAN系：聚丙烯腈系）和沥青系两大类。
陶瓷基复合材料增强机制机理
陶瓷基复合材料增强机制、机理的研究现状及展望陶瓷基复合材料（CMC），一般是指相变增韧、颗粒增韧陶瓷和纤维及晶须增韧陶瓷材料。
这是目前备受重视的新型耐高温结构材料。
本文将介绍陶瓷基复合材料这种新型复合材料的机理和研究现状及展望。
与常规材料和非陶瓷复合材料相比，陶瓷材料具有耐高温、抗腐蚀、超硬度抗氧化和抗烧结等优异性能。
作为高温结构材料，尤其作为航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位结构用材料具有很大的潜力。
因此世界各国都把结构陶瓷看作是对未来工业革命有重大作用的高技术新材料而给以重点研究和发展并相继开展了陶瓷汽车发动机、柴油机和航空发动机等大规模高温陶瓷热机研究计划，出现了陶瓷热，然而，常规结构陶瓷还存在缺陷和问题，主要是材料的脆性，可靠性不高等，应用于现在科技领域还有许多问题急需研究解决。
陶瓷基复合材料引起人们关注的重要原因就在于他可以改善陶瓷基材料的力学性能，特别是脆性，因此陶瓷基复合材料的发展和研究将成为陶瓷大规模应用计划取得成功的关键。
陶瓷基复合材料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工况下可以得到广泛应用，成为理想的高温结构材料。
连续纤维增强复合材料是以连续长纤维为增强材料，金属、陶瓷等为基体材料制备而成。
金属基复合材料是以陶瓷等为增强材料，金属、轻合金等为基体材料而制备的。
从20世纪60年代起各国都相继对金属基复合材料开展了大量的研究，因其具有高比强度、高比模量和低热膨胀系数等特点而被应用于航天航空及汽车工业。
陶瓷基复合材料
Ceramic-matrix
注意事项 ： （1）料浆应能与纤维表面保持良好润湿。料浆中包括：陶瓷基体粉末、 载液(通常是蒸馏水)和有机粘接剂，有时还加入某些促进剂和基体润湿 剂。为使纤维表面均匀粘附料浆，要求陶瓷粉体粒径小于纤维直径，并 能悬浮于载液和粘接剂混合的溶液中。 （2）纤维应选用容易分散的、捻数低的丝束，保持其表面清洁无污染。 在操作过程中尽量避免纤维损伤，并注意排除气泡。 （3）热压烧结应按预定规律(即热压制度)升温和加压。在热压过程中， 将发生基体颗粒重新分布、烧结和在外压作用下的粘性流动等过程，最 终获得致密化的陶瓷基复合材料。很多陶瓷基复合材料体系在热压过程 中往往没有直接发生化学反应，主要通过系统表面能减少的驱动，使疏 松粉体熔结而致密化。 存在的问题： （1）纤维和陶瓷粉末不容易复合成型。 （2）烧结时由于基体收缩或热压烧结时无粘性流动，会使颗粒和纤维 之间的机械作用而损伤纤维。 （3）目前，直径小于0.1微米-1微米的粉末很难买到。并且，其中的夹 杂物不易排除。同时，细的粉末在制造复合材料过程中又不易分散。 （4）在热压时会损伤纤维结构。
Ceramic-matrix
注意事项：
（1）与高聚物先驱体转化法不同的是，溶胶—凝胶工艺的先驱体是在溶液浸 进纤维编织坯件后在原位合成的。 （2）采用溶胶—凝胶法制备复合材料可以先制备复合凝胶体，即将复合的各 相以原子或分子级进行均匀混合形成复合溶胶和凝胶化，得到高纯、超细、均 相、分子级或包裹式的复合陶瓷粉末，再经成型、烧结而形成复合材料的基体 或者通过控制溶剂的蒸发速度将复合的溶胶凝胶化后，直接烧结成陶瓷基复合 材料。 （3）如果第二相是粉末或纤维，则可浸在适当的溶液中，通过形核和成长， 使溶液形成溶胶，均匀包围粉末和纤维，经凝胶化处理和热解后即形成陶瓷基 复合材料的基体。 （4）溶胶—凝胶法制备陶瓷基复合材料的质量保证关键主要有：选择合适的 先驱体反应物，控制溶液的浓度和pH值、气氛、分散剂、选用胶溶剂、去除 团聚以及使各相处于良好的分散状态等。
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。
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
2）裂纹偏转和裂纹桥联增韧
裂纹偏转是一种裂纹尖端效应， 是指裂纹扩展过程中当裂纹遇上 偏转元（如增强相、界面等）时 所发生的倾斜和偏转。 裂纹桥 联是一种裂纹尾部效应。它发生 在裂纹尖端，靠桥联元（剂）连 接裂纹的两个表面并提供一个使 裂纹面相互靠近的应力，即闭合 应力，这样导致强度因子随裂纹 扩展而增加。裂纹桥联可能穿晶 破坏，也有可能出现互锁现象， 即裂纹绕过桥联元沿晶发展（裂 纹偏转）并形成摩擦桥（图3）。 裂纹桥联增韧值与桥联元（剂） 粒径的平方根成正比。
图8 裂纹偏转增韧原理 a：裂纹倾斜偏转；b：裂纹扭转偏转； c：增强剂长径比对裂纹扭转偏转的影响。
（2）脱粘
复合材料在纤维脱粘后产生了新的表面， 因此需要能量。尽管单位面积的表面能 很小，但所有脱粘纤维总的表面能则很 大。假设纤维脱粘能等于由于应力释放 引起的纤维上的应变释放能，则每根纤 维的脱粘能量Qp为： Qp=（ d2 fu2 l c）/48Ef 其中d：纤维直径；l c：纤维临界长度； fu：纤维拉伸强度； Ef ：纤维弹性模量。 考虑纤维体积 Vf = （ d2/4）l ， 最大脱粘能Qp =（ fu2 l cVf）/ 12 Ef ； 因此，纤维体积比大、l c大（即界面 强度弱，因l c 与界面应力成反比），通 过纤维脱粘达到的增韧效果最大。
图3
裂纹偏转机理
（2）延性颗粒增韧
在脆性陶瓷基体中加入第二相延性颗粒能明
显提高材料的断裂韧性。其增韧机理包括由 于裂纹尖端形成的塑性变形区导致裂纹尖端 屏蔽以及由延性颗粒形成的延性裂纹桥。当 基体与延性颗粒的和E值相等时，利用延性 裂纹桥可达最佳增韧效果。但当和E值相差 足够大时，裂纹发生偏转绕过金属颗粒，增 韧效果较差。
图1
陶瓷基复合材料的制备方法与工艺
陶瓷基复合材料的制备方法与工艺随着科学技术的不断发展，陶瓷基复合材料在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。
陶瓷基复合材料具有优良的耐磨性、高温稳定性和化学稳定性，因此在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着重要的地位。
本文将介绍陶瓷基复合材料的制备方法与工艺。
一、陶瓷基复合材料的制备方法1. 热压法：热压法是一种常用的陶瓷基复合材料制备方法。
首先将陶瓷粉末与增强相（如碳纤维、玻璃纤维等）混合均匀，然后将混合物放入模具中，经过一定的温度和压力条件下进行热压，使得陶瓷粉末和增强相充分结合，最终得到陶瓷基复合材料制品。
2. 溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种制备陶瓷基复合材料的新型方法。
首先将陶瓷前驱体（如硅酸酯、铝酸盐等）与增强相混合，在一定的条件下形成溶胶，然后通过凝胶化过程使得溶胶形成凝胶，最终通过热处理制备出陶瓷基复合材料。
3. 拉伸成型法：拉伸成型法是一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的方法。
首先将陶瓷粉末与增强相混合，然后通过拉伸成型设备将混合物进行拉伸成型，最终得到纤维增强的陶瓷基复合材料。
二、陶瓷基复合材料的制备工艺1. 原料选择：在制备陶瓷基复合材料时，需要选择优质的陶瓷粉末和增强相。
陶瓷粉末的选择应考虑其颗粒大小、形状和化学成分，而增强相的选择应考虑其强度、刚度和耐热性能。
2. 混合均匀：在制备过程中，陶瓷粉末和增强相需要进行混合均匀，以确保最终制品的性能稳定。
3. 成型工艺：根据不同的制备方法，成型工艺也有所不同。
在热压法中，需要选择合适的温度和压力条件；在溶胶-凝胶法中，需要控制好溶胶和凝胶的形成过程；在拉伸成型法中，需要控制好拉伸成型设备的参数。
4. 烧结工艺：烧结是制备陶瓷基复合材料的重要工艺环节，通过烧结可以使得材料颗粒之间结合更加紧密，提高材料的密度和强度。
5. 表面处理：在制备陶瓷基复合材料的最后一道工艺中，可以对制品进行表面处理，如抛光、涂层等，以提高制品的表面质量和外观。
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3）残余应力机制 通过复合在材料内部产生一定的残余压应力场，此残余压应力可以延迟基体开裂，当材料受 拉伸载荷时，强度、韧性均增加。
非防护机制：由于强化相的存在，迫使裂纹需要不断改变扩展方向，或使裂纹产生弯曲（类似于颗 粒对位错的钉扎作用），使其扩展需要消耗附加能量。
的工作稳定性和使用寿命。
2 航天领域的应用 利用其良好的耐热性和在高温下比强度高的特性，制造飞机发动机零部件将会提高发动机性能。
利用其比模量高、热稳定性好的特点，而且克服了其脆性弱点，抗热震冲击能力显著增强。用 于航天防热结构，可实现耐烧蚀、隔热和结构支撑等多功能的材料一体化设计，大幅度减轻系统重 量，增加运载效率和使用寿命，或者提高导弹武器的射程和作战效能
3 刀具方面的应用 利用其较高的耐磨性和抗冲击性
如：复合Si3N4陶瓷刀具适合于各类铸铁件的粗精加工，也能进行铣削、刨削等冲击力很大的加 工，其切削效率可提高3～10倍。
复合TiCN金属陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性，特别适合于各类高硬高强钢(如淬硬钢等)的 加工，可对高硬材料实现“以车代磨”干切削，免除退火工艺和冷却液，大幅度提高生产效率。
三、碳化物陶瓷
以碳化硅(SiC)为主要成分的陶瓷称为碳化硅陶瓷。 SiC有α-和β-两种晶型。α-SiC为高温晶型，六方纤锌矿结构；β-SiC为低温晶型，立方结构。 Si-C键属于典型的共价键结合。SiC分解温度为2600℃，密度为3.17g/cm3。 制备方法：反应烧结、常压烧结、热压烧结等。
FSZ(Fully Stabilized Zirconia) 全稳定氧化锆
PSZ(Partially Stabilized Zirconia) 部分稳定氧化锆
TZP(Tetragonal Zirconnia Polycrytal) 单相多晶四方氧化锆
ZTA——氧化锆增韧氧化铝
主要性能： ➢ 耐磨性，轴承、密封件和替代人骨(如髋关节)等 ➢ 低热传导性，汽车发动机中作活塞顶、缸盖底板和汽缸内衬。 ➢ 氧化锆增韧氧化物陶瓷基体，制成韧性较基体材料高的复合材料。 ➢ 氧化锆的韧性在所有陶瓷中是最高的。
防护机制：缓和裂纹尖端的应力集中，从而减缓或阻止裂纹的扩展，提高材料韧性。
•桥梁机制 •非桥梁机制：裂纹尖端形成附加压应力场
相变机制 微裂纹机制 残余应力机制
1)相变机制 应力诱导相变
2)微裂纹机制 利用在基体中产生微裂纹或微裂纹区，使主裂纹遇到微裂 纹或进入微裂纹区后，分化为一系列小裂纹，形成许多 新的裂纹表面从而吸收能量。
碳化物
硼化物
硅化物
（1）反应烧结法
预成型：硅粉为原料，或硅粉与Si3N4粉混合物为原料，一般陶瓷的成型方法制成所需形状； 预氮化：氮气中预氮化1-1.5h，氮化温度1100-1200℃； 二次氮化：1400-1420℃二次氮化18-36h，直到所有的硅都变成氮化硅。
•α-Si3N4和β-Si3N4混合物 •15~30vol%气孔率 •21.7%体积膨胀 •不收缩烧结
加热棒
液态浸渍法示意图
5.直接氧化法 由液态浸渍法演变而来，通过熔融金属与气体反应直接形成） CVI法是把反应物气体浸渍到多孔预制件的内部，发生化学反应并进行沉积，从而形成陶瓷基复合材料 。 等温CVI（ ICVI）法和热梯度强制对流CVI（ FCVI）法。
（2）热压烧结法 加温和单方向加压的制造工艺。
原料：Si3N4粉，加入少量添加剂(如MgO等)，混合均匀后，装入由感应加热的石墨模具中， 在1650-1850℃高温下热压烧结，烧结压力为l5~30MPa，保温1-4小时。
主要性能特点
强度高
硬度高
耐磨性好，摩擦系数小 耐腐蚀性好
综合性 热压烧结>反应烧结
•氧化物陶瓷 •氮化物陶瓷 •碳化物陶瓷
Al2O3含量变化对陶瓷性能的影响
主要性能： 硬度很高，2000MPa，仅次于金刚石、氮化硼、碳化硅 耐磨性好 耐腐蚀性强：由于铝氧之间键合力很大，氧化铝又具有酸碱两重性。 电绝缘性好 抗热震性能差，不能承受环境温度的突然变化
2、氧化锆陶瓷 以氧化锆(ZrO2)为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。 理论密度为5.89 g/cm3，熔点为2715℃。
（1）化学气相沉积法 制备流程图
（2）聚合物热解法
晶须
晶须是具有一定长度(直径0.3~1um,长30~100um)的纤维状单晶体。 晶须是目前已知纤维中强度最高的一种，其机械强度几乎等于相邻原子间的作用力。 晶须分为陶瓷晶须和金属晶须，用作增强材料的主要是陶瓷晶须。 SiC、Si3N4、TiN、A12O3、钛酸钾和莫来石等少数几种晶须。
•陶瓷的定义 •陶瓷的分类 •陶瓷脆性的本质 •改善途径
三、陶瓷脆性的本质
很强的离子键或共价键合 较少可活动的滑移系 晶体堆垛不完整
脆 对表面伤痕和内部裂纹非常敏感
提高韧性
四、改善途径
纤维、晶须、颗粒
复合化增韧：加入增强相引入各种增韧机制增加裂纹扩展阻力，从而增加断裂过程消耗的能量，提
高断裂韧性 KIC 。 相变增韧：裂纹尖端的应力场引起裂纹尖端附近的晶体结构发生相变，使该局部区域发生体积膨胀
性能特点： 优异的高温强度，可保持到1600℃； 热传导能力高，仅次于氧化铍陶瓷； 抗磨损性高、摩擦系数低，良好的耐腐蚀性，低热膨胀系数，适宜的力学性能。 缺点：断裂韧性较低且在任何温度下都很脆。
14.3 增强体
1.纤维 2.晶须 3.颗粒
碳纤维
1、碳纤维是指纤维中含碳量95%左右的碳纤维和含碳量99%左右的石墨纤维。制造陶瓷基复合材料最常 用的纤维之一。
碳纤维
碳纤维板
碳纤维编织环
碳纤维编织布
碳管
碳纤维齿轮
碳纤维结构件
C/C轴承止推环
碳纤维高尔夫球杆
碳纤维自行车
碳化硅纤维
碳化硅纤维是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维，具有良好的高温性能、高强度、高模量和化 学稳定性。 主要用于增强金属和陶瓷，制成耐高温的金属和陶瓷基复合材料。 制造方法主要有两种——化学气相沉积法和烧结法（有机聚合物转化法）。
只需把多孔的含Si粉的坯件置于N2气氛中加热，Si粒子表面开始氮化，形成Si3N4 ，如选用能促 进氮化的催化剂，还可促进烧结。
反应烧结工艺制备SiC／Si3N4复合材料
4、液态浸渍法
由任何形式的增强材料(颗粒、晶须、纤维 等)制成的预制体都具有网络孔隙，由于毛 细作用陶瓷熔体可渗入这些孔隙。
活塞 熔体 预制件
弥散的浆体可直接浇铸成型或通过热压或冷压后烧结成型。
适用于颗粒、晶须、短纤维 浆体压制烧结工艺流程图
纤维
浸渍浆料
纤维缠绕在辊筒上 压力
纤维裁剪铺层
纤维/玻璃陶瓷复合材料
热压，800~925 ℃
连续纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的工艺路线
脱黏结剂， 500℃
3.反应烧结法
反应烧结Si3N4基复合材料是利用反应 Si+N2 = Si3N4
14.5制备工艺
1.粉末冶金法
2.浆体法 3.反应烧结法 4.液态浸渍法 5.直接氧化法 6.化学气相浸渍法（CVI法） 7.溶胶-凝胶法
本章主要内容： 14.1 概述 14.2 陶瓷基体 14.3 增强体 14.4 增韧机理 14.5 制备方法
思考题： 1、陶瓷基复合材料增韧机理。 2、名词解释：赛隆陶瓷；防护机制；非防护机制
• 偏转机制 • 弯曲机制
14.5制备工艺
1.粉末冶金法
2.浆体法 3.反应烧结法 4.液态浸渍法 5.直接氧化法 6.化学气相浸渍法（CVI法） 7.溶胶-凝胶法
1.粉末冶金法：
2.浆体法 为了克服粉末冶金法中各材料组元混合不均匀的问题。
各材料组元在浆体中成弥散分布。调整水溶液的pH值及对浆体进行超声波震动搅拌可进一步改善弥 散性。
电绝缘性好
抗热震性，抗高温蠕变性比其它陶瓷好
2、赛隆（Sialon）
Sialon ( silicon aluminum oxynitride)
Sialon材料： Si3N4 中的Si和N被Al或(Al+ M) (M为金属离子)及O置换所形成的一大类固溶体。 晶体结构与Si3N4类似(理想的Si3N4 结构是 [SiN4]四面体)通过共角的形式形成的空间骨架。
马
单斜m－ZrO2 5.65
氏
体
相
变
1170℃
四方t－ZrO2 6.1 2370℃
立方c－ZrO2 6.27
2715℃ 液相
最常用的稳定剂 ： ➢ 氧化镁，代表性的组分含量为8mol％MgO； ➢ 氧化钙，典型组分为15mol％CaO； ➢ 氧化钇，典型组分为2~3mol%Y2O3； ➢ 氧化铈，典型组分为12~20mol％CeO。
二、氮化物陶瓷
1、氮化硅陶瓷（Si3N4）： 共价键化合物 ，属六方晶系，有α和β两种晶型结构，两种晶型的化学成分和密度相同，均是 六方体。
由于Si-N高度共价的化学键结合强度高，属难烧结物质。
根据制备方法不同，将氮化硅陶瓷分为反应烧结氮化硅陶瓷(RBSN)、热压烧结氮化硅陶瓷
(HPSN) 。
•非氧化物陶瓷 氮化物
4 医学领域的应用 临床广泛应用种植牙修复牙齿缺失，种植区骨量不足成为牙种植外科面临的常见问题。
自体骨：主要来源有颏部、第三磨牙区、髂骨、肋 骨、前臂、头骨
异体骨：同种异体骨曾在口腔外科中广泛应 用，取得了一定的修复效果，但存在 潜在的传播疾病的危险。
人造骨
另外，生物活性陶瓷复合人工骨也具有良好的临床应用前景。
2、原料: 人造丝（粘胶纤维） 聚丙烯腈PAN(主要原料) 沥青
3、制造
热牵伸法
预氧化
碳化
石墨化
碳化