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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的制备陶瓷基复合材料综述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
2、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。陶瓷基复合材料的增韧机理陶瓷基复合材料的增韧机理很多，总体可分为5个方面：(1)微裂纹增韧：残余应变场与裂纹在分散相周围发生反应，从而使主裂纹尖端产生微裂纹分支。(2)相变增韧：由分散相的相变产生应力场来阻止裂纹的扩展。(3)裂纹扩展受阻：裂纹尖端的韧性分散相发生塑性变形使裂纹进一步扩展受阻或裂尖钝化。(4)裂纹偏转：由于分散相和基体之间的热膨胀系数和弹性
3、模量失匹而产生应力场，从而使裂纹沿分散相发生偏转。(5)纤维(晶须)拔出：f/m界面脱胶或纤维拔出。以上5种增韧机理中，最有发展前途的是裂纹偏转和纤维拔出，因为它们很少受温度的限制，尤其是裂纹偏转增韧，其增韧效果仅取决于分散相的体积分数和形状，而与粒子尺寸和温度无关，这样对高温增韧无疑是十分有利的。陶瓷基复合材料的制备工艺1.粉末冶金法原料?均匀混合?冷压成形?烧结。关键是均匀混合和烧结过程防止体积收缩而产生裂纹。2.浆体法为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题，采用了浆体法制备陶瓷基复合材料。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布。这可通过调整水溶液的pH值来实
4、现。对浆体进行超声波震动搅拌则可进一步改善弥散性。弥散的浆体可直接浇铸成型或热压后烧结成型。适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料浆体法制备陶瓷基复合材料示意图采用浆体浸渍法可制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料。纤维分布均匀，气孔率低。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，还具有以下优点：增强剂的体积比可以相当大；可用多种连续纤维预制体；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。反应烧结法制备SiC/Si3N4基复合材料工艺流程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
5、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=?/2?式中r是圆柱型孔隙管道半径；t是时间；?是浸渍剂的表面能；?是接触角；?是粘度。液态浸渍法制备陶瓷基复合材料示意图5直接氧化法按部件形状制备增强体预制体，将隔板放在其表面上以阻止基体材料的生长。熔化的金属在氧气的作用下发生直接氧化反应形成所需的反应产物。由于在氧化产物中的空隙管道的液吸作用，熔化金属会连续不断地供给到生长前沿。Al+空气?Al2O3A
6、l+氮气?AlN6溶胶凝胶法溶胶是由于化学反应沉积而产生的微小颗粒的悬浮液；凝胶是水分减少的溶胶，即比溶胶粘度大的胶体。SolGel法是指金属有机或无机化合物经溶液、溶胶、凝胶等过程而固化，再经热处理生成氧化物或其它化合物固体的方法。该方法可控制材料的微观结构，使均匀性达到微米、纳米甚至分子量级水平。SolGel法制备SiO2陶瓷原理如下：Si(OR)4+4H2O?Si(OH)4+4ROHSi(OH)4?SiO2+2H2O使用这种方法，可将各种增强剂加入基体溶胶中搅拌均匀，当基体溶胶形成凝胶后，这些增强组元稳定、均匀分布在基体中，经过干燥或一定温度热处理，然后压制烧结形成相应的复合材料。溶胶凝
7、胶法的优点是基体成分容易控制，复合材料的均匀性好，加工温度较低。其缺点是所制的复合材料收缩率大，导致基体经常发生开裂7化学气相浸渍法用CVI法可制备硅化物、碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等陶瓷基复合材料。由于制备温度比较低，不需外加压力。因此材料内部残余应力小，纤维几乎不受损伤。如可在8001200?C制备SiC陶瓷。其缺点是生长周期长、效率低、成本高、材料的致密度低等。.ICVI法：又称静态法。是将被浸渍的部件放在等温的空间，反应物气体通过扩散渗入到多孔预制件内，发生化学反应并沉积，而副产物气体再通过扩散向外散逸。在ICVI过程中，传质过程主要是通过气体扩散来进行，因此过程十分缓慢，并仅限于
8、一些薄壁部件。降低气体的压力和沉积温度有利于提高浸渍深度。ICVI法制备纤维陶瓷基复合材料示意图.FCVI法在纤维预制件内施加一个温度梯度，同时还施加一个反向的气体压力梯度，迫使反应气体强行通过预制件。在低温区，由于温度低而不发生反应，当反应气体到达温度较高的区域后发生分解并沉积，在纤维上和纤维之间形成基体材料。在此过程中，沉积界面不断由预制件的顶部高温区向低温区推移。由于温度梯度和压力梯度的存在，避免了沉积物将空隙过早的封闭，提高了沉积速率FCVI法制备纤维陶瓷基复合材料示意图FCVI的传质过程是通过对流来实现。可用来制备厚壁部件。但不适于制作形状复杂的部件。此外,在FCVI过程中，基体沉积
9、是在一个温度范围内，必然会导致基体中不同晶体结构的物质共存，从而产生内应力并影响材料的热稳定性。8.聚合物先驱体热解法以高分子聚合物为先驱体成型后使高分子先驱体发生热解反应转化为无机物质，然后再经高温烧结制备成陶瓷基复合材料。此方法可精确控制产品的化学组成、纯度以及形状。最常用的高聚物是有机硅。制备增强剂预制体浸渍聚合物先驱体热解再浸渍再热解陶瓷粉+聚合物先驱体均匀混合模压成型热解陶瓷基复合材料的应用1.在陶瓷工业中。ZrO2用途很广。但主要用于分散体。研磨介质，窑具锤式破碎机节能球磨机，粉磨机用的偏心轮盘等；在电子陶瓷领域多用作电绝缘耐热陶瓷基片；2.在冶金工业。利用稳定剂与ZrO2形成固溶
10、体产生氧空位。可制备Mg-PSZ或Y-PSZ为基的氧敏探头对辊机，检测钢水中的Si、O等杂质的含量；在TZP或PSZ中复合适宜的A12O3可制备耐1600的高温泡沫陶瓷过滤器，是目前使用温度最高的一类过滤金属熔体的材料。3.在军事方面的应用：GE公司将把陶瓷基复合材料应用于涡轮转子叶片据英国飞行国际近日报道，通用电气公司(GE)于11月10日在F414改进型发动机上进行了陶瓷基复合材料(CMC)涡轮转子叶片的关键性试验，这是公司第一次在工作发动机中试验CMC材料。在GE公司将CMC材料应用于F136发动机静子部件之前，CMC材料已经广泛应用于航空航天领域。但最近的F414试验标志着CMC材料第
11、一次应用于发动机旋转部件。虽然作为GE公司技术路线图的一部分，但该试验由美国海军特遣部队支持。在转子叶片方面，CMC材料在下一代宽体客机发动机上的应用更具吸引力，例如波音777的动力GE90发动机的替产品。应用CMC最关键的收益在于重量的降低，不仅材料本身比金属合金材料轻，同时也能减少冷却系统的重量。GE估计在GE90级别的发动机上采用CMC涡轮转子叶片将降低总重约455kg，相当于GE90-115发动机干质量的6%4.在食品工业用作罐头盒接缝滚子，罐头盒穿孔器，柱塞，悬垂轴承和单向阀门5.在纺织工业用作导丝器。主要是由于稳定ZrO2在高温下具有导电性给料机水泥磨，可消除丝线与导丝器的静电，而
12、且材料烧成后不需要加工表面即很光洁并耐高温；6.在航空航天领域，用陶瓷基复合材料制作的导弹的头锥、火箭的喷管、航天飞机的结构件等也收到了良好的效果。7.在切削工具方面SiCw增韧的细颗粒Al2O3陶瓷复合材料已成功用于工业生产制造切削刀具。由美国格林利夫公司研制、一家生产切削工具和陶瓷材料的厂家和美国大西洋富田化工公司合作生产的WC-300复合材料刀具具有耐高温、稳定性好、强度高和优异的抗热展性能，熔点为2040，切削速度可达200尺/分，甚至更高。河南农业大学机电工程学院非金属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
13、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，
14、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
15、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;SiO2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
