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1、C/SiC陶瓷基复合材料 l 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。 l l 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。今天我们主要介绍的是 C/SiC陶瓷基复 合材料。 l 炭/陶复合材料是由碳纤维、陶瓷纤维及其织 物作为增强相，炭、陶瓷作为基体相的一类复合 材料的
2、总称。相比炭/炭复合材料而言，炭/陶复合 材料具有更好的抗氧化性。C/SiC陶瓷基复合材料 具有耐高温、低密度、高强度、高热导率、高耐 磨性、高阻尼系数、热辐射系数、性能可设计性 强等优点。 l l1、韧性好 l C/SiC陶瓷基复合材料具有类似金属的 断裂行为，同时它对裂纹不敏感，经高能 冲击后不会发生灾难性破坏。 l2、耐高温 l C/SiC陶瓷基复合材料与传统材料相比 具有更耐高温的特点，可在1650oC以下长 时间使用，在1650-2200oC有限寿命使用 。 l3、低密度 l C/SiC陶瓷基复合材料的密度基本在 2.0g/cm3，与高温合金8.0g/cm3的密度相 比具有较大的优势
3、，在航空航天领域应用 时可使结构减重1/2-2/3。 l4、性能可设计性强 l 通过采用不同的纤维预制体编织方式， 可以实现材料性能的预先设计，在满足性 能要求的前提下达到节约成本的目的。 1、在刹车系统中的应用 lC/SiC制动材料具有低成本、环境适应性强 （如湿态下摩擦系数不衰减）等优势，因 而成为新一代高性能制动材料，从而引起 广大研究者的重视。目前德国研究人员以 研制出C/C-SiC刹车片，并应用于Porsche （保时捷）轿车刹车系统中。 C/SiC陶瓷基复合材料的应用领域 2、在高温连接件中的应用 l 连续纤维增强陶瓷基复合材料用于热结 构材料的机械连接已取得相当程度的进展 。在欧
4、洲的一项发展计划中，热结构材料 的先进连接技术已经发展得非常成熟，用 C/SiC热结构材料连接，能够防止超音速气 流干扰，且能够在高温下密封、模拟测试 结果证明连接件可以适用于实际高温环境 ，并能满足必要的飞行标准。 3、在热防护系统中的应用 l 在航空航天领域，当飞行器进入大气层 后，由于摩擦产生的大量热量，导致飞行 器受到严重的烧蚀,为了减小飞行器的这种 烧蚀,需要一个有效的防热体系。如航天飞 机和导弹的鼻锥、导翼、机翼和盖板等。 纤维增强陶瓷基复合材料是制作抗烧蚀表 面隔热板的较佳候选材料之一。 l 目前，欧洲正集中研究载人飞船及可重 复使用的飞行器的可简单装配的热结构及 热保护材料，
5、C/SiC复合材料是其研究的一 个重要材料体系，并已达到很高的生产水 平。波音公司通过测试热保护系统大平板 隔热装置，也证实了C/SiC 复合材料具有优 异的热机械疲劳特性 C/SiC陶瓷基复合材料制备工艺 lC/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料的制备工 艺的关键是：纤维损伤小；纤维/基体界面 结合强度适中；克服基体致密化过程中的“ 瓶颈效应”；制备成本低。 l制备C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料的基 备工艺主要有：先驱体浸渍裂解法（PIP） 、化学气相渗透法（ CVI）、液相渗硅法 (LSI）及综合工艺。 1、先驱体浸渍裂解法 l 先驱体浸渍裂解法又成为液态聚合物浸 渍法（PIP
6、），在一定温度和压力下，采用 有机先驱体溶液或熔融体浸渍碳纤维预制 体，交联固化后在惰性气氛中进行高温裂 解，使先驱体转化为SiC陶瓷基体。制备 C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料使用的聚 合物先驱体通常为聚碳硅烷（PCS）。 lPIP法的优点是：（1）先驱体分子可设计 ，可制备成分均匀的基体；（2）制备温度 低，设备要求简单；（3）可无压烧结，对 纤维的化学和机械损伤较小；（4）可制备 大型复杂形状的构件。 2、化学气相渗透法 l 化学气相渗透法首先将碳纤维预制体置 于CVI炉中，制备热解炭涂层，在通过CVI 或者前驱体浸渍/炭化工艺制备低密度C/C 坯体，然后用CVI工艺，以三氯甲基
7、硅烷（ CH3SiCl3，MTS）作为SiC气源，以H2和 Ar作为还原气体和载气，在碳纤维预制体 的表面和内部发生原位化学反应沉积生成 SiC基体，从而得到C/SiC和C/C-SiC陶瓷基 复合材料。 CVI工艺制备C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合 材料的主要优点：（ l（1）可在较低温度下制备SiC基体，避免 高温使纤维与基体发生化学反应，从而对 纤维造成损伤； l（2）制备过程中能保持预制体结构的完整 性，实现近净成型制备异型C/SiC和C/C- SiC陶瓷基复合材料； l（3）可对C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料 的成分进行设计；（4）制备的材料的基体 组织均匀、纯度较高。 3、液相渗硅法 l 液相渗硅法的基本过程为：首先采用CVI或液 相浸渍/炭化工艺得到低密度的C/C复合材料；然 后采用熔融Si在真空下通过毛细作用进行浸渗处 理，使Si熔体与C基体反应生成SiC基体。 lLSI法优点是：（1）制备周期短、成本低、残余 孔隙率低；（2）实现近净成型制备复杂形状的 C/SiC和C/C-SiC陶瓷基复合材料。 l
