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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划陶瓷基复合材料都有哪些碳/碳化硅陶瓷基复合材料一、简介陶瓷基复合材料(Ceramicmatrixcomposite,CMC)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(Multiphasecompositeceramic)或复相陶瓷(Diphaseceramic)。陶瓷基复合材料是20世纪80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
2、。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。报道,陶瓷基复合材料正是人们预计在21世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构的首选材料。鉴于此,许多国家都在积极开展陶瓷基复合材料的研究,大大拓宽了其应用领域,并相继研究出各种制备新技术。其中,C/SiC陶瓷基复合材料是其中一个非常重要的体系。C/SiC陶瓷基复合材料主要有两种类型,即碳纤维/碳化硅(Cf/SiC)和碳颗粒/碳化硅(Cp/SiC)陶瓷基复合材料。Cf/SiC陶瓷基复合材料是利用Cf来
3、增强增韧SiC陶瓷,从而改善陶瓷的脆性,实现高温结构材料所必需的性能,如抗氧化、耐高温、耐腐蚀等;Cp/SiC陶瓷基复合材料是利用Cp来降低SiC陶瓷的硬度,实现结构陶瓷的可加工性能,同时具有良好的抗氧化性、耐腐蚀、自润滑等。本文主要综述了Cf/SiC陶瓷基复合材料的制备及应用研究现状,并且从结构和功能一体化的角度,提出了采用软机械力化学法制备Cp与SiC复合粉体,通过无压烧结得到强度、抗氧化性、耐腐蚀等性能以满足普通民用工业用的Cp/SiC陶瓷基复合材料的制备技术及应用前景。陶瓷基复合材料的性能与其结构紧密相关,原材料、结构和工艺不同,材料的性能也不同。构成复合材料的组分材料包括纤维、基体和
4、界面,对于C/SiC陶瓷基复合材料而言,界面的材料和结构是影响其性能的关键。陶瓷基复合材料的性能包括物理化学性能和力学性能,物化性能主要有密度、孔隙率、线膨胀系数、热扩散系数、热导率、比热容、抗氧化等,力学性能主要有强度、模量、断裂韧性、疲劳、高温蠕变、抗热震性、耐烧蚀等性能。韩秀峰等4通过对C/SiC复合材料进行基体改性,制备了2DC/C-SiC复合材料,并与2DC-SiC的显微结构和力学性能作了对比,结果表明,2DC/CSiC复合材料可在基本保持2DC/SiC的抗弯强度的基础上,显著提高断裂韧性,基体改性效果明显,并得出结论,纤维的逐级拔出是KIC提高的原因。郭友军等5采用CVI法制备了在
5、厚度方向上具有纤维增强的3D-C/SiC陶瓷基复合材料,其层间抗剪切强度比二维碳布叠层C/SiC复合材料的剪切强度提高171.4%,表现出良好的结构特征和优异的力学性能。然而,2D层合编织结构虽工艺成熟、成本低、制品尺寸范围广,但层间结合强度不高,易分层;3D整体编织结构虽能有效提高厚度方向的强度和抗冲击损伤性能,但编织角较小时横向力学性能较差。2.5DC/SiC复合材料是一种不同于2D和3D的新型复合材料,其编织结构是用纬纱贯穿经纱,形成互锁,从而增强材料层间结合强度,并改善横向力学性能。如Boitier等对2.5DC/SiC复合材料的拉伸蠕变性能进行测试和研究。Dalmaz等对2.5DC/
6、SiC复合材料的循环疲劳性能和弹性模量进行研究和分析。李宏等对2.5DC/SiC复合材料的热物理性能进行了研究并得出结论:从室温到1400纵向、横向的热膨胀系数随温度的升高而缓慢增加,在350和700附近出现波动;横向的热膨胀系数略高于纵向,厚度方向的热扩散系数随温度的升高逐渐降低,且下降速率随温度的升高而变缓;经过CVDSiC涂层后,材料热扩散系数提高12倍。姚亚东等以正硅酸乙酯和硝酸铝为原料,制备了莫来石溶胶,用浸涂法在碳/碳化硅Cf/SiC)上制备莫来石涂层(Mullitecoating,MC),对Cf/SiC和Cf/SiCMC进行了等温-氧化实验,并研究了两者的氧化规律。结果表明,Cf
7、/SiC和Cf/SiCMC的氧化都可以划分为3个主要阶段:界面相厚度为m时,体积密度为21012105g/cm3时,用碳纤维T300增韧后的复合材料的弯曲强度为459MPa,断裂韧性为XXMPa?m1/2,断裂功为25170J?m-2。国外学者12,13也研究了纤维增强陶瓷材料,并显著的提高了其断裂韧性。纤维拔出是纤维复合材料的主要增韧机制,通过纤维拔出过程的摩擦耗能,使复合材料的断裂功增大,纤维拔出过程的耗能取决于纤维拔出长度和脱粘面的滑移阻力,滑移阻力过大,纤维拔出长度较短,增韧效果不好,如果滑移阻力过小,尽管纤维拔出较长,但摩擦做功较小,增韧效果也不好,反而强度较低。纤维拔出长度取决于纤
8、维强度分布、界面滑移阻力。因此,在构组纤维增韧陶瓷基复合材料时,应该考虑:纤维的强度和模量高于基体,同时要求纤维强度具有一定的Weibull分布；纤维与基体之间具有良好的化学相容性和物理性能匹配；界面结合强度适中,既能保证载荷传递,又能在裂纹扩展中适当解离,又能有较长的纤维拔出,达到理想的增韧效果。晶须增韧陶瓷晶须是具有一定长径比且缺陷很少的陶瓷小单晶,因而具有很高的强度,是一种非常理想的陶瓷基复合材料的增韧增强体14。陶瓷晶须目前常用的有SiC晶须,Si3N4晶须和Al2O3晶须。基体常用的有ZrO2,Si3N4,SiO2,Al2O3和莫来石等。黄政人等15采用30%(体积分数)B-SiC晶
9、须增强莫来石,在SPS烧结条件下材料强度比热压高10%左右,为570MPa,断裂韧性为415MPa?m1/2比纯莫来石提高100%以上。王双喜等16研究发现,在2%(摩尔分数)Y2O3-超细料中加入30%(体积分数)的SiC晶须,可以细化2Y-ZrO2材料的晶粒,并且使材料的断裂方式由沿晶断裂为主变为穿晶断裂为主的混合断裂,从而显著提高了复合材料的刚度和韧性。晶须增韧陶瓷基复合材料的主要增韧机制包括晶须拔出、裂纹偏转、晶须桥联、其增韧机理与纤维增韧陶瓷基复合材料相类似。晶须增韧效果不随温度而变化,因此,晶须增韧被认为是高温结构陶瓷复合材料的主要增韧方式。晶须增韧陶河南农业大学机电工程学院非金属
10、材料课程论文陶瓷基复合材料姓名：学号：专业班级：论文方向：任课教师：陶瓷基复合材料摘要：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
11、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。正文：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。连续纤维补强陶瓷基复合材料(简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性,特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式,使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国
12、防等领域得到广泛应用。20世纪70年代初,JAveston2在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上,首次提出纤维增强陶瓷基复合材料的概念,为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个方向。随着纤维制备技术和其它相关技术的进步,人们逐步开发出制备这类材料的有效方法,使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。20多年来,世界各国特别是欧美以及日本等对纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺和增强理论进行了大量的研究,取得了许多重要的成果,有的已经达到实用化水平。如法国生产的“Cerasep”可作为“Rafale”战斗机的喷气发动机和“Hermes”航天飞机的部件和内燃机的部件4;S
13、iO2纤维增强SiO2复合材料已用作“哥伦比亚号”和“挑战者号”航天飞机的隔热瓦5。由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点,能有效地克服对裂纹和热震的敏感性。随着现代科学技术快速发展，新型陶瓷材料的开发与生产发展异常迅速，新理论、新工艺、新技术和新装备不断出现，形成了新兴的先进无机材料领域和新兴产业。科学技术的发展对材料的要求日益苛刻，先进复合材料已成为现代科学技术发展的关键，它的发展水平是衡量一个国家科学技术水平的一个重要指标，因此世界各国都高度重视其研究和发展。复合材料的可设计性大，能满足某些对材料的特殊要求，特别是在航空航天技术领域的应用
14、得到迅速发展。陶瓷复合材料的研究，根本目的在于提高陶瓷材料的韧性，提高其可靠性，发挥陶瓷材料的优势，扩大应用领域。近年来，人们对玻璃陶瓷增强增韧技术的研究进行了新的探讨，目前公认的有效办法是对玻璃陶瓷进行纤维补强。纤维增强陶瓷基复合材料不仅有利于提高基体材料的强度，也有利于提高材料的裂纹扩展抗力，可有效降低材料发生灾害性断裂的可能性，增强材料的抗疲劳强度，使玻璃陶瓷复合材料的力学性能可与Si3N4等结构陶瓷媲美，甚至更优。纤维玻璃陶瓷复合材料在力学性能、耐高温能力和化学稳定性方面都具有其独特的优点，在高技术领域有广阔的应用前景。20世纪60年代末70年代初，科学家已经制备了碳纤维增强玻璃陶瓷复
15、合材料，该材料的抗弯强度和韧度可以与同时期的碳纤维增强树脂基复合材料媲美，而使用温度比树脂基复合材料高得多。一些科学家采用流延法制备单向预浸片和叠层热压方法制备了短纤维增强玻璃陶瓷基复合材料，研究了在不同介质中复合材料的静疲劳行为。结果表明，复合材料的疲劳指数和疲劳强度均高于陶瓷基体，分析认为纤维的加入降低了复合材料在静疲劳中的裂纹扩展阻力，静疲劳应力腐蚀促进了基体裂纹尖端扩展，同时通过对纤维基体界面的作用影响材料的裂纹扩展阻力，随着应力腐蚀作用的加强，含有硅氧键的较强纤维基体界面的弱化有利于改善复合材料的静疲劳行为。由于晶须具有高强度、高模量及高熔点等优异性能，利用晶须增强玻璃陶瓷是强韧化技
16、术研究和应用的热点之一。生物材料作为一种新型的功能材料具有许多特殊的性能要求，目前的各种生物材料虽然在一定程度上满足了其性能上的要求，并且有的已进入临床应用的试验阶段，但均有明显的不足。例如金属材料的生物惰性难以保持其长久有效性；生物陶瓷材料的脆性使其难以满足强度等性能的要求；作为牙科材料更具有特殊的性能要求，不仅需要合适的强度和硬度，还应具有再现自然牙齿色调的功能。ZrO2具有优良的力学性能和相变特性，且本身呈现淡黄色，与人体牙本质颜色基本一致，将其与其它陶瓷材料进行复合，可以获得保证强度同时韧性大幅提高的美容牙科修复材料。钙铝硅系玻璃陶瓷是指基体玻璃为钙铝硅系玻璃的一类玻璃陶瓷，其主晶相是2硅灰石(CaSiO3)。2硅灰石晶体属链状结构硅酸盐，在玻璃基体内以针状形式交叉排列呈网
