反应熔渗工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料研究进展
碳碳复合材料的制备及研究进展
炭/ 炭复合材料的制备及研究进展摘要：综合国内外各种文献资料，总结了炭炭复合材料的用途、制备工艺，简要介绍了几种主要的致密化方法，并对炭炭复合材料的抗氧化研究、石墨化研究做了初步的介绍，最后提出了炭炭复合材料今后发展的方向.关键词：炭炭复合材料，致密化，化学气相沉积，抗氧化，石墨化.1 引言炭/ 炭复合材料是具有优异耐高温性能的结构与功能一体化工程材料。
它和其它高性能复合材料相同, 是由纤维增强相和基体相组成的一种复合结构, 不同之处是增强相和基体相均由具有特殊性能的纯碳组成[1-2]。
炭/ 炭复合材料具有低密度、高强度、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、不放气、在2 000 C 以内强度和模量随温度升高而增加、良好的抗疲劳性能、优异的摩擦磨损性能和生物相容性（组织成分及力学性能上均相容）、对宇宙辐射不敏感及在核辐射下强度增加等性能[1-3], 使炭/ 炭复合材料在众多领域有着广泛用途。
在发达国家，炭/ 炭复合材料已被成功用于航天飞机的机翼前缘、鼻锥、货舱门，高推动比战机发动机的涡轮，高性能火箭发动机喷管、喉衬、燃烧室等，新一代先进飞机、坦克、赛车、高速列车等的刹车材料，以及火箭、飞机的密封圈等构件[4]，同时，炭/ 炭复合材料作为生物医学材料，人造心脏瓣膜、人工骨、牙种植体及作为植入材料用于矫形是近年来的研究重点[5-7]; 作为智能材料，由于其受拉力后电阻增加，是很好的拉伸传感器，具有广阔的发展前景[8]。
炭/炭复合材料由碳纤维增强碳基体复合而成。
碳基体以热解炭的形式存在，由碳源先驱体经热解碳化而成。
炭/炭复合材料的制备工艺包括: 碳纤维及其结构的选择; 基体碳先驱物的选择; 炭/炭复合材料坯体的成型工艺; 坯体的致密化工艺以及工序间和最终产品的加工等[9]。
其中，关键技术在于坯体的致密化。
2 炭/炭复合材料的致密化工艺传统的炭/炭复合材料致密化工艺主要有化学气相沉积（CVD、化学气相渗透（CVI）和浸渍法。
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。
高强度纤维增强陶瓷复合材料的制备与力学性能研究
高强度纤维增强陶瓷复合材料的制备与力学性能研究近年来，随着科学技术的不断进步，高强度纤维增强陶瓷复合材料成为了材料领域的热门研究方向。
这种复合材料具备了陶瓷的高硬度、高温稳定性和化学惰性，同时也融合了纤维的高强度和良好的韧性，因此具有广阔的应用前景。
本文将探讨高强度纤维增强陶瓷复合材料的制备方法以及相关的力学性能研究。
首先，我们需要寻找一种适合的纤维和陶瓷基体材料。
一般来说，常用的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维等，而陶瓷基体材料则可以选择氧化铝、氮化硅、碳化硅等。
不同的纤维和基体材料将影响复合材料的性能和应用范围。
例如，碳纤维和氧化铝基体材料的复合材料在航空航天领域具有广泛的应用，而陶瓷纤维和氮化硅基体材料的复合材料则更适用于高温环境下的应用。
其次，制备高强度纤维增强陶瓷复合材料需要采用适当的方法。
常用的制备方法包括层状堆积法、浸渍法、热压法和化学气相沉积法等。
在层状堆积法中，将纤维和陶瓷分层堆叠，然后进行烧结和热处理，最终得到复合材料。
浸渍法则是将纤维浸泡在陶瓷浆料中，通过多次浸渍和干燥的过程来增加纤维与基体的结合强度。
热压法是将预先制备好的纤维和陶瓷混合物放入模具中，进行高温高压处理，使得纤维与基体更加紧密结合。
化学气相沉积法则是通过化学气相反应沉积纤维和基体材料。
制备高强度纤维增强陶瓷复合材料后，需要对其力学性能进行研究。
首先，可以通过拉伸试验来评估材料的强度和韧性。
拉伸试验通过施加拉伸力，测量材料的拉伸应变和拉伸强度，以此来评估材料的性能。
其次，可以进行压缩试验来研究材料的抗压性能。
压缩试验通过施加压缩力，测量材料的压缩应变和抗压强度，以此来评估材料在受力时的变形和破坏行为。
此外，还可以进行硬度测试、断裂韧性测试以及疲劳寿命评估等试验来全面评估复合材料的力学性能。
高强度纤维增强陶瓷复合材料的制备与力学性能研究为材料领域的发展提供了重要的基础。
通过选择适当的纤维和陶瓷基体材料，并采用合适的制备方法，可以制备出具有优异力学性能的复合材料。
碳纤维复合材料力学性能研究进展
包 装 工 程第44卷 第21期 ·36·PACKAGING ENGINEERING 2023年11月收稿日期：2023-05-30基金项目：国家自然科学基金（12172344） *通信作者碳纤维复合材料力学性能研究进展段裕熙，张凯*，徐伟芳，陈军红，龚芹（中国工程物理研究院总体工程研究所，四川 绵阳 621999）摘要：目的 综述碳纤维复合材料这一热结构材料的力学性能研究进展，推进碳纤维复合材料的研制和应用。
方法 采用文献调研法，梳理和汇总国内外有关碳纤维复合材料力学性能的研究内容，对二维复合材料、针刺复合材料及三维编织复合材料3种结构进行性能影响因素分析。
结论 影响碳纤维复合材料静态和动态力学性能的因素主要有温度、应变率、密度等，提出应进一步开展碳纤维复合材料在多因素耦合及高温动态性能方面的研究。
关键词：碳纤维复合材料；静态力学性能；动态力学性能；三维编织复合材料 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)21-0036-10 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.21.005Mechanical Property of Carbon Fiber CompositesDUAN Yu-xi , ZHANG Kai *, XU Wei-fang , CHEN Jun-hong , GONG Qin(Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Sichuan Mianyang 621999, China) ABSTRACT: The work aims to explore recent advancements in the mechanical properties of carbon fiber composites for thermal structural applications, with the objective of promoting the development and utilization of carbon fiber composites. Through a comprehensive literature review, the current research status on the mechanical properties of carbon fiber composites was summarized, and the factors affecting the static and dynamic mechanical properties of 2D composites, needled composites, and 3D woven composites were analyzed. The results indicate that factors affecting the static and dynamic mechanical properties of carbon fiber composites include temperature, strain rate, density, et al. And further investigations are necessary in multi-factor coupling and high temperature dynamic properties of carbon fiber composites. KEY WORDS: carbon fiber composite; static mechanical properties; dynamic mechanical properties; three-dimensional weaving composite碳纤维由有机纤维经过一系列热处理转化而成，它是含碳量高于90%的无机高性能纤维，既具有碳材料的固有本征，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。
碳纤维复合材料应用研究报告进展
碳纤维复合材料的应用研究进展姜楠＜湖北大学材料科学与工程学院，武汉430062）摘要：本文概述了碳纤维复合材料vCFRP）的性能特点和应用研究进展。
简要介绍了碳纤维复合材料在大飞机制造业，深海油气田，非织造设备等方面的应用情况，碳纤维复合材料湿热性能和抗氧化烧蚀技术的研究进展以及国内外的研究状况。
关键词：碳纤维复合材料大飞机深海油气田非织造设备湿热性能抗氧化烧蚀技术应用研究1前言碳纤维复合材料＜CFRP）自20世纪50年代面世以来就主要用于军工，航天，航空等尖端科学技术领域，其高强、高模、轻质、耐热、抗腐蚀等独特的性能使其在飞机、火箭、导弹、人造卫星等方面发挥了巨大作用。
随着CFRP材料性能的不断完善和提高，其优越的性能逐步被认可及价格的大幅度下降，使得它在民用工业上的应用逐步扩大，目前在土木建筑、纺织、石油工业、医疗机械、汽车工业等领域得到了广泛应用。
2CFRP材料的性能特点碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。
其最高强度已达7000MPa ，最高弹性模量达900GPa,而其密度约为1.8~2.1g/cm3,并具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温等优异性能，是一种很有发展前景的高性能纤维。
碳纤维由高度取向的石墨片层组成，并有明显的各向异性，沿纤维轴向，强度高、模量高，而横向性能差，其强度和模量都很低。
因此在使用时，主要应用碳纤维在轴向的高性能。
[1-2]碳纤维是黑色有光泽，柔软的细丝。
单纤维直径为5~10pm，一般以数百根至一万根碳纤维组成的束丝供使用。
由于原料和热处理工艺不同，碳纤维的品种很多。
高强度型碳纤维的密度约为 1.8g/cm3,而高模量和超高模量的碳纤维密度约为1.85~2.1g/cm3。
碳纤维具有优异的力学性能和物理化学性能。
碳纤维的另一特征是热膨胀系数小，其热膨胀系数与石墨片层取向和石墨化程度有密切的关系。
碳纤维具有优异的耐热和耐腐蚀性能。
在惰性气氛下碳纤维热稳定性好，在2000C的高温下仍能保持良好的力学性能；但在氧化氛围下超过450C碳纤维将被氧化，使其力学性能下降。
碳纤维及其复合材料研究进展
碳纤维及其复合材料研究进展（江苏理工学院材料工程学院12110116 于小健）摘要：本文在对碳纤维介绍的基础上，简单阐述了碳纤维的结构、特性及分类，并着重介绍了碳纤维复合材料的性质、分类、应用及成型方法，包括手糊成型，树脂传递模塑，喷射成型，注射成型，纤维缠绕成型及拉挤成型工艺。
关键词：碳纤维；复合材料；分类；成型Research progress of carbon fiber composite material Abstract: Based on the introduction of carbon fiber, briefly discusses the structure, characteristics and classification of carbon fiber, and emphatically introduces the properties of carbon fiber composite materials, classification, application and molding method, including hand lay-up molding, resin transfer molding, injection molding, Forming and pultrusion fiber windingKeywords: carbon fiber; composite material; classification; molding0.序言碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
碳纳米管增强陶瓷复合材料研究进展
烧结作为陶瓷生产的关键环节， 烧结工艺的选 择对材料的致密性有很大的影响。 目前，CNTs 陶瓷 复合材料常用的烧结工艺主要有热压烧结、 热等静 压烧结和放电等离子烧结等。 2.1 热压烧结
该方法是在烧结的同时施加一定压力的方法。 热压烧结可以促进材料的迅速致密化,降低致密化烧 结的温度。 Tong Wei 、 Zhuangjun Fan 等[9]通过热压 烧结法制备出一种具有新的碳纳米管分散结构的 MCNTs /Al2O3 巨大的复合材料。 这种纳米复合材料 的微观组织观察显示， 一些碳纳米管位置沿着氧化 铝颗粒边界，另一些已经伸入到氧化铝颗粒内部，与 附近的氧化铝颗粒编织在一起，好像“大头顶”结构, 这使得材料的韧性和弯曲强度分别得到提高。 通过 SEM 和 TEM 观察发现， 强韧化机制主要是 CNTs 的 拔出和裂纹桥联。当 CNTs 为 3%（体积比）时，与纯氧 化 铝 相 比 ，MCNTs /Al2O3 复 合 材 料 的 断 裂 韧 性 提 高 了 79%， 弯 曲 强 度 提 高 了 13% 。 Iftikhar Ahmada、 Hongzhi Caob 等[10]通过热压烧结法制备碳纳米管/氧 化铝纳米复合材料，并对其力学性能进行了测试，结 果显示与整体的氧化铝相比， 在碳纳米管加入量为 4% （ 体 积 比 ） 时 ， 纳 米 复 合 材 料 的 断 裂 韧 性 硬 度 和 抗 弯强度分别提高了 94%、13%和 6.4%。 当碳纳米管为 10.0% （ 体 积 比 ） 时 ， 与 整 体 的 氧 化 铝 相 比 ， 除 断 裂 韧 性提高了 66%外，力学性能都有所降低。 讨论其强韧 化机制认为，影响其力学性能的因素有 CNTs 在基体 中均匀分散性、足够的致密化以及合适的 CNT 基体 界面结合。 2.2 热等静压烧结
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]。
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反应熔渗工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料研究进展
冯士杰;宋环君;陈昊然;孙娅楠;杨小健;张宝鹏;杨良伟;刘伟
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2022(36)22
【摘要】反应熔渗(RMI)工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料具有周期短、成本低、致密度高等优势,因此获得了广泛关注。
本文主要对影响RMI工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的三方面因素(多孔低密度C/C基材结构、基体改性成分及制备工艺)的研究进展进行了综述。
研究显示:通过对多孔低密度C/C基材中碳基体类型、碳纤维预制体结构、基材密度及孔隙结构进行优化设计,可显著提升复合材料的力
学及抗氧化烧蚀性能;通过基体改性技术在C/C复合材料中引入功能性组元,可显著提高复合材料的抗氧化烧蚀、耐磨擦等性能;通过熔渗工艺优化,如调整熔渗温度、
时间,选择合适的熔渗物类型等,可制备出综合性能良好的复合材料。
最后,指出了目前RMI工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料中存在的主要问题和潜在研究方向。
【总页数】6页(P116-121)
【作者】冯士杰;宋环君;陈昊然;孙娅楠;杨小健;张宝鹏;杨良伟;刘伟
【作者单位】航天特种材料及工艺技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
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