陶瓷基复合材料ppt课件

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1、陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料1陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料v 陶瓷基体材料陶瓷基体材料v 陶瓷基复合材料的制造工艺陶瓷基复合材料的制造工艺v 陶瓷基复合材料的性能陶瓷基复合材料的性能v 陶瓷基复合材料的增韧机制陶瓷基复合材料的增韧机制v 碳碳/ /碳复合材料碳复合材料 2v 陶瓷材料的特点陶瓷材料的特点 陶瓷材料也称为无机非金属材料，以无机非金属天然矿物陶瓷材料也称为无机非金属材料，以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品。制成的产品。l 陶瓷材料与金属材料的区分：陶瓷材料与金属材料的区分： 根据两种

2、材料的电阻根据两种材料的电阻-温度系数来区别。温度系数来区别。l 陶瓷材料与有机高分子材料的区分：陶瓷材料与有机高分子材料的区分： 可以从分子结构上来区别。可以从分子结构上来区别。 高分子材料含有不连续的大分子，在分子内的碳原子是由高分子材料含有不连续的大分子，在分子内的碳原子是由共价键相联，分子与分子间则通过较弱的分子键或氢键结合。共价键相联，分子与分子间则通过较弱的分子键或氢键结合。 陶瓷材料没有不连续的分子，是一种或多种原子的空间排陶瓷材料没有不连续的分子，是一种或多种原子的空间排列，有序为晶体，否则为非晶材料。列，有序为晶体，否则为非晶材料。陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料3v 陶瓷材料的

3、特点陶瓷材料的特点 陶瓷材料可分为：陶瓷材料可分为： 普通陶瓷普通陶瓷 ( (Conventional CeramicsConventional Ceramics）：）：砖、陶器、瓷器砖、陶器、瓷器等。等。 精细陶瓷精细陶瓷( (Advanced Ceramics)Advanced Ceramics)：硅、铝、钛、锆等的氧硅、铝、钛、锆等的氧化物、氮化物和碳化物等。化物、氮化物和碳化物等。 陶瓷材料以高的抗压性能、很高的化学稳定性和高的熔点陶瓷材料以高的抗压性能、很高的化学稳定性和高的熔点著称。著称。 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料4v 陶瓷材料的特点陶瓷材料的特点 陶瓷材料的特点：陶瓷材料的特

4、点： 很好的耐热性很好的耐热性 很好的化学稳定性很好的化学稳定性 良好的电绝缘特性良好的电绝缘特性 高的耐磨性能高的耐磨性能 低的密度低的密度 低的韧性低的韧性陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 断裂韧性断裂韧性K K1C1C 反映含裂纹材料或构件的抗裂纹扩展的能力，反映含裂纹材料或构件的抗裂纹扩展的能力，又称为强度因子。又称为强度因子。陶瓷材料不象金属材料有塑性变形，因此陶瓷材料不象金属材料有塑性变形，因此在受机械拉伸或热冲击载荷时可能出现灾难性的失效。所以在受机械拉伸或热冲击载荷时可能出现灾难性的失效。所以提高其韧性是陶瓷基复合材料最重要的目标。提高其韧性是陶瓷基复合材料最重要的目标。5v 陶瓷

5、材料的特点陶瓷材料的特点 使用温度使用温度陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料6v 陶瓷材料的特点陶瓷材料的特点 材料的密度材料的密度陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料7v 陶瓷材料的特点陶瓷材料的特点 热膨胀系数热膨胀系数陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料8v 陶瓷材料的特点陶瓷材料的特点 断裂韧性断裂韧性陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料9陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料：在陶瓷基体中引入第二相材料，使之陶瓷基复合材料：在陶瓷基体中引入第二相材料，使之增强、增韧的多相材料，又称多相复合陶瓷或复相陶瓷。增强、增韧的多相材料，又称多相复合陶瓷或复相陶瓷。 增强相与基体的模量之比相当低，为增强相与基体的模量之

6、比相当低，为0.1-1 0.1-1 。 陶瓷基复合材料中，提高强度不是其目的，最主要的是陶瓷基复合材料中，提高强度不是其目的，最主要的是提高其韧性。提高其韧性。陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料10陶瓷基复合材料的种类陶瓷基复合材料的种类陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 纤维（晶须）增韧（增强）陶瓷基复合材料。纤维（晶须）增韧（增强）陶瓷基复合材料。 异相颗粒弥散强化复相陶瓷：刚性颗粒（陶瓷），韧性颗异相颗粒弥散强化复相陶瓷：刚性颗粒（陶瓷），韧性颗粒（金属）。粒（金属）。 原位生长陶瓷复合材料。原位生长陶瓷复合材料。 梯度功能复合陶瓷：也称倾斜功能陶瓷，陶瓷与金属材料梯度功能复合陶瓷：也称倾斜功能陶瓷

7、，陶瓷与金属材料的梯度复合，两类陶瓷梯度复合。适应材料两侧不同的工作条的梯度复合，两类陶瓷梯度复合。适应材料两侧不同的工作条件与环境要求，减少热应力。件与环境要求，减少热应力。 纳米陶瓷复合材料：陶瓷基体中含有纳米粒子第二相的复纳米陶瓷复合材料：陶瓷基体中含有纳米粒子第二相的复合材料。包括：基体晶粒内弥散纳米粒子第二相；基体晶粒间合材料。包括：基体晶粒内弥散纳米粒子第二相；基体晶粒间弥散纳米颗粒第二相；基体和第二相同为纳米颗粒。弥散纳米颗粒第二相；基体和第二相同为纳米颗粒。11陶瓷基体材料陶瓷基体材料v陶瓷基体材料的基本要求陶瓷基体材料的基本要求12陶瓷基体材料陶瓷基体材料v陶瓷基体材料的基本

8、要求陶瓷基体材料的基本要求13陶瓷基体材料陶瓷基体材料v陶瓷基体材料的基本要求陶瓷基体材料的基本要求 具有良好的抗蠕变、疲劳和冲击性能；具有良好的抗蠕变、疲劳和冲击性能； 具有很好的化学稳定性，不易受到环境中温度、氧化或具有很好的化学稳定性，不易受到环境中温度、氧化或还原气氛的影响，不易挥发；还原气氛的影响，不易挥发； 具有较高的韧性；具有较高的韧性； 能够渗入、浸润纤维束、晶须束或颗粒预成型件中；能够渗入、浸润纤维束、晶须束或颗粒预成型件中； 与增强相能形成良好的界面联接；与增强相能形成良好的界面联接； 在制造和使用过程中，与增强纤维不发生化学反应；在制造和使用过程中，与增强纤维不发生化学反

9、应； 不会物理损坏增强纤维。不会物理损坏增强纤维。14陶瓷基体材料陶瓷基体材料v陶瓷基体材料的化学键及晶体结构陶瓷基体材料的化学键及晶体结构1 1 陶瓷材料的化学键陶瓷材料的化学键 原子结合键：原子结合键： 三种强结合力的化学键三种强结合力的化学键: :共价键共价键（Covalent bond)、离子键离子键(Ionic bond)、金金属键属键(metallic bond)； 二种弱结合键：范德华二种弱结合键：范德华键键 ( (van der Waals bond) )、氢键氢键( (hydrogen bond) )；陶瓷材料：离子键或共陶瓷材料：离子键或共价键。价键。15陶瓷基体材料陶瓷基

10、体材料v陶瓷基体材料的化学键及晶体结构陶瓷基体材料的化学键及晶体结构2 2 陶瓷材料的晶体结构陶瓷材料的晶体结构 通常金属阳离子尺寸较非金属的阴离子小，在陶瓷晶体中通常金属阳离子尺寸较非金属的阴离子小，在陶瓷晶体中经常占据的是由非金属阴离子构成的晶格中的间隙位置。经常占据的是由非金属阴离子构成的晶格中的间隙位置。F 简单立方：简单立方：CsCl, CsBr, CsIF 面心立方：面心立方：NaCl, CaO, MgO, MnO, NiO, FeO, BaOF 密排六方：密排六方：ZnS, Al2O316陶瓷基体材料陶瓷基体材料v陶瓷基体材料的化学键及晶体结构陶瓷基体材料的化学键及晶体结构几种陶

11、瓷晶体结构介绍几种陶瓷晶体结构介绍MX型结构（型结构（M为金属阳离子，为金属阳离子，X为阴离子）为阴离子） 闪锌矿结构闪锌矿结构17陶瓷基体材料陶瓷基体材料v陶瓷基体材料的化学键及晶体结构陶瓷基体材料的化学键及晶体结构几种陶瓷晶体结构介绍几种陶瓷晶体结构介绍MXMX型结构型结构 NaClNaCl型结构型结构MgOMgO, , NiONiO, , TiCTiC, VC, VN, VC, VN等都等都是这种结构，具有这种结构是这种结构，具有这种结构的化合物多数有熔点高、稳的化合物多数有熔点高、稳定性好的特点。定性好的特点。18陶瓷基体材料陶瓷基体材料v陶瓷基体材料的化学键及晶体结构陶瓷基体材料的化

12、学键及晶体结构几种陶瓷晶体结构介绍几种陶瓷晶体结构介绍MXMX2 2型结构型结构 这种结构的典型代表这种结构的典型代表是金红石结构。单位晶胞是金红石结构。单位晶胞中的中的8 8个顶角和中心为阳离个顶角和中心为阳离子，阴离子的位置则正好子，阴离子的位置则正好处于由阳离子构成的稍有处于由阳离子构成的稍有变形的八面体中心。变形的八面体中心。19陶瓷基体材料陶瓷基体材料v陶瓷基体材料的化学键及晶体结构陶瓷基体材料的化学键及晶体结构几种典型陶瓷晶体结构介绍几种典型陶瓷晶体结构介绍M M2 2X X型结构型结构 这种结构以赤铜矿为代表。这种结构以赤铜矿为代表。阴离子构成体心立方结构，阴离子构成体心立方结构

13、，阳离子处于间隙中。阳离子处于间隙中。20v陶瓷材料的制备方法陶瓷材料的制备方法 陶瓷普通制备工艺陶瓷普通制备工艺 在普通工艺中都包括以下几个步骤在普通工艺中都包括以下几个步骤： 原材料制成粉状；原材料制成粉状； 粉末压制成一定的形状的坯料；粉末压制成一定的形状的坯料； 坯料在高温下的烧结，也可能在高温和压力下进行；坯料在高温下的烧结，也可能在高温和压力下进行； 加工至最终形状和尺寸。加工至最终形状和尺寸。 陶瓷基体材料陶瓷基体材料21v陶瓷材料的制备方法陶瓷材料的制备方法 陶瓷普通制备工艺陶瓷普通制备工艺热等静压工艺（热等静压工艺（Hot Isostatic Pressing, HIP) 压

14、力为压力为100-300MPa，温度可达温度可达 1400，时间在，时间在1-8h。陶瓷基体材料陶瓷基体材料22v陶瓷材料的制备方法陶瓷材料的制备方法 陶瓷普通制备工艺陶瓷普通制备工艺化学气相沉积工艺（化学气相沉积工艺（Chemical Vapor Deposition, CVD) 陶瓷基体材料陶瓷基体材料加热炉加热炉石英舟石英舟基底基底 石英管石英管进气口端进气口端出气口端出气口端电源线电源线热电偶热电偶控温仪控温仪23v陶瓷材料的制备方法陶瓷材料的制备方法 陶瓷普通制备工艺陶瓷普通制备工艺溶胶溶胶-凝胶工艺（凝胶工艺（Sol - gel）陶瓷基体材料陶瓷基体材料24v陶瓷材料的制备方法陶瓷

15、材料的制备方法 陶瓷普通制备工艺陶瓷普通制备工艺溶胶溶胶-凝胶工艺（凝胶工艺（Sol - gel）陶瓷基体材料陶瓷基体材料25v陶瓷材料的制备方法陶瓷材料的制备方法 新型陶瓷制备工艺新型陶瓷制备工艺自延高温合成工艺自延高温合成工艺（Self-propagating high temperature synthesis, SHS） 该类工艺的又一名称为铝热燃烧反应。铝与氧化铁的放热该类工艺的又一名称为铝热燃烧反应。铝与氧化铁的放热反应释放出的热量很多，可使温度达到反应释放出的热量很多，可使温度达到 2500 2500 。SHS SHS 的突出特点的突出特点：P 极极高的燃烧温度高的燃烧温度P 简

16、单、低成本的设备简单、低成本的设备P 能精确控制其化学成分能精确控制其化学成分P 能制备不同的形状的零件能制备不同的形状的零件 陶瓷基体材料陶瓷基体材料26v一些常用陶瓷材料的介绍一些常用陶瓷材料的介绍 碳化硅碳化硅碳化硅（碳化硅（S Si iC C）是一种非常硬而脆的材料。在还原气氛中，）是一种非常硬而脆的材料。在还原气氛中，碳化硅具有很好的耐烧蚀与化学腐蚀能力。在氧化气氛中，碳化硅具有很好的耐烧蚀与化学腐蚀能力。在氧化气氛中，碳化硅中的自由碳化硅中的自由 S Si i 可能被氧化，在极高温度下，碳化硅也可能被氧化，在极高温度下，碳化硅也可能被氧化。可能被氧化。碳化硅主要有两种晶体结构，一种

17、为碳化硅主要有两种晶体结构，一种为 - - S Si iC C，属于六，属于六方晶系，另一种为方晶系，另一种为 - S- Si iC C，属立方晶系。多数碳化硅以，属立方晶系。多数碳化硅以 - - S Si iC C为主晶相。为主晶相。碳化硅并不是一种天然存在的矿物，虽然硅和碳都是地碳化硅并不是一种天然存在的矿物，虽然硅和碳都是地球上存在着的最丰富的元素之一。球上存在着的最丰富的元素之一。陶瓷基体材料陶瓷基体材料27v一些常用陶瓷材料的介绍一些常用陶瓷材料的介绍 碳化硅碳化硅 主要的制备工艺有：主要的制备工艺有：R 热压烧结法热压烧结法R 反应烧结法反应烧结法R 化学气相沉积法化学气相沉积法

18、热压烧结法热压烧结法 需要添加剂：需要添加剂：MgOMgO, B, C , Al, B, C , Al 需要的热压温度非常高：需要的热压温度非常高：1900 - 22001900 - 2200 压力：压力：35 35 MpaMpa 热压后的碳化硅制品必须用金刚石来打磨、修整，很贵。热压后的碳化硅制品必须用金刚石来打磨、修整，很贵。陶瓷基体材料陶瓷基体材料28 碳化硅碳化硅 反应烧结法反应烧结法原材料为碳化硅粉、石墨和增塑剂混合料。原材料为碳化硅粉、石墨和增塑剂混合料。 粉状的原材料被压制、拉挤或注射到模具中，得到坯料。粉状的原材料被压制、拉挤或注射到模具中，得到坯料。 分解增塑剂。分解增塑剂。

19、 渗入硅的固体、液体或气体到坯料中与其中的碳反应原渗入硅的固体、液体或气体到坯料中与其中的碳反应原位形成碳化硅。位形成碳化硅。在这一工艺中，额外的在这一工艺中，额外的 2-12% 2-12%硅被渗入进去，以填充形成硅被渗入进去，以填充形成的空隙，因而可得到致密的制件。的空隙，因而可得到致密的制件。v一些常用陶瓷材料的介绍一些常用陶瓷材料的介绍陶瓷基体材料陶瓷基体材料29 碳化硅碳化硅陶瓷基体材料陶瓷基体材料v一些常用陶瓷材料的介绍一些常用陶瓷材料的介绍用不同工艺制备的碳化硅的性能用不同工艺制备的碳化硅的性能30 氮化硅氮化硅v一些常用陶瓷材料的介绍一些常用陶瓷材料的介绍陶瓷基体材料陶瓷基体材料

20、 氮化硅（氮化硅（SiSi3 3N N4 4) ) 是键合能很高的共价化合物。是键合能很高的共价化合物。有两种晶有两种晶体结构，体结构， 型与型与 型，两者均为密排六方结构，但型，两者均为密排六方结构，但 - - SiSi3 3N N4 4的的C-C-轴长度是轴长度是 - -SiSi3 3N N4 4的两倍。的两倍。 主要的制备工艺有：主要的制备工艺有：R 冷压烧结法冷压烧结法 R 热压烧结法热压烧结法R 反应烧结法反应烧结法R 热等静压法热等静压法R 化学气相沉积法化学气相沉积法 31 碳化硅碳化硅v一些常用陶瓷材料的介绍一些常用陶瓷材料的介绍陶瓷基体材料陶瓷基体材料 反应烧结法反应烧结法

21、将硅粉压成需要的形状，然后在将硅粉压成需要的形状，然后在1100-1400 1100-1400 的高温下的高温下通入纯氮气或氮气与氢气的混合气，这时就有下列反应发生：通入纯氮气或氮气与氢气的混合气，这时就有下列反应发生：3Si (s) + 2 N2(g) Si3N4(s)3Si (g) + 2 N2(g) Si3N4(s) Si(s) + SiO2 2SiO(g)第三个反应说明了在反应过程中硅的减少。第三个反应说明了在反应过程中硅的减少。反应烧结法制备的氮化硅孔隙率较热压制品高（反应烧结法制备的氮化硅孔隙率较热压制品高（10%10%），），因此其中温下的抗氧化能力也较低，通常其强度因此其中温下

22、的抗氧化能力也较低，通常其强度 400MP 0 ( P m)时时, P0, r 0, t m（C-C-压应力，压应力，T-T-拉应力）拉应力）应力分布及在球状颗粒周围形成的裂纹应力分布及在球状颗粒周围形成的裂纹93陶瓷基复合材料的增韧机理陶瓷基复合材料的增韧机理v颗粒增韧颗粒增韧 微裂纹增韧微裂纹增韧 0 ( P m)时时, P0, r 0, 颗粒处于压应力状态，颗粒处于压应力状态，基体径向受压应力，切向基体径向受压应力，切向受到拉应力。当应力足够受到拉应力。当应力足够高时，可能产生具有发散高时，可能产生具有发散性的径向微裂纹。性的径向微裂纹。 P m（C-C-压应力，压应力，T-T-拉应力）

23、拉应力）应力分布及在球状颗粒周围形成的裂纹应力分布及在球状颗粒周围形成的裂纹94陶瓷基复合材料的增韧机理陶瓷基复合材料的增韧机理v颗粒增韧颗粒增韧 微裂纹增韧微裂纹增韧(a) p m 时裂纹扩展路径时裂纹扩展路径 (b), (c) p fu ， 因此纤维拔出的能量总是大于脱粘的能量。因此纤维拔出的能量总是大于脱粘的能量。 OAB OAB面积为脱粘能，远小于纤维拔出的能量（面积为脱粘能，远小于纤维拔出的能量（OBCDOBCD），），纤维纤维拔出的增韧效果要比脱粘更强，是更为重要的增韧机制。拔出的增韧效果要比脱粘更强，是更为重要的增韧机制。110 对于特定位向和分布的纤对于特定位向和分布的纤维，裂

24、纹很难偏转，只能沿维，裂纹很难偏转，只能沿着原来的扩展方向继续扩展，着原来的扩展方向继续扩展，这时紧靠裂纹尖端处的纤维这时紧靠裂纹尖端处的纤维并未断裂，而是在裂纹两侧并未断裂，而是在裂纹两侧搭起小桥，使两侧连接在一搭起小桥，使两侧连接在一起。这会在裂纹表面产生一起。这会在裂纹表面产生一个压应力，以抵消外加拉应个压应力，以抵消外加拉应力的作用，从而使裂纹难以力的作用，从而使裂纹难以进一步扩展，起到增韧的作进一步扩展，起到增韧的作用。用。 纤维桥联纤维桥联陶瓷基复合材料的增韧机理陶瓷基复合材料的增韧机理v纤维晶须增韧纤维晶须增韧碳化硅晶须碳化硅晶须“桥联桥联”氧化铝基体的照氧化铝基体的照片片111

25、 陶瓷基复合材料的增韧机理陶瓷基复合材料的增韧机理v纤维晶须增韧纤维晶须增韧112v简介简介碳碳/碳复合材料碳复合材料 碳碳/ /碳复合材料是以碳纤维（或石墨）为增强纤维，以碳碳复合材料是以碳纤维（或石墨）为增强纤维，以碳（或石墨）为基体的复合材料。（或石墨）为基体的复合材料。l 碳碳/ /碳复合材料的特点碳复合材料的特点： 优异的热性能，高的导热性、优异的热性能，高的导热性、低的热膨胀系数、抗热冲低的热膨胀系数、抗热冲击。击。 优异的高温力学性能，高温优异的高温力学性能，高温下的高强度和模量、低蠕变、下的高强度和模量、低蠕变、高断裂韧性。高温时随温度的高断裂韧性。高温时随温度的升高强度也升高

26、。升高强度也升高。 是目前唯一可用于达是目前唯一可用于达28002800的复合材料。的复合材料。碳碳/碳复合材料制造的刹车零件碳复合材料制造的刹车零件 113v制备工艺制备工艺 预成型体的制备预成型体的制备 基本思路：先将碳增强材料预先制成预成型体，然后再以基本思路：先将碳增强材料预先制成预成型体，然后再以基体碳填充逐渐形成致密的碳基体碳填充逐渐形成致密的碳/ /碳复合材料。碳复合材料。 与聚合物基复合材料一样可制成单向、二维或三维的织物。与聚合物基复合材料一样可制成单向、二维或三维的织物。碳碳/碳复合材料碳复合材料114 基体碳的制备基体碳的制备 目前碳目前碳/ /碳复合材料的基体碳主要是通

27、过化学气相沉积碳复合材料的基体碳主要是通过化学气相沉积（CVDCVD）和液态浸渍含碳化率高的高分子物质的碳化来获得。和液态浸渍含碳化率高的高分子物质的碳化来获得。l 化学气相沉积工艺化学气相沉积工艺 化学气相沉积原理：通过气相的分解或反应生成固态物质，化学气相沉积原理：通过气相的分解或反应生成固态物质，并在某固定基体（基底）上成核、生长。并在某固定基体（基底）上成核、生长。 CHCH4(g)4(g) 加加热热 C C(s(s) ) + 2H + 2H2(g)2(g) 作为分解或反应的气体有甲烷、丙烷、丙烯、乙炔、天燃作为分解或反应的气体有甲烷、丙烷、丙烯、乙炔、天燃气、汽油等。气、汽油等。v制

28、备工艺制备工艺碳碳/碳复合材料碳复合材料115l 化学气相沉积工艺化学气相沉积工艺反应气体通过层流向沉反应气体通过层流向沉积衬底的过界层扩散。积衬底的过界层扩散。 沉积衬底表面吸附反应沉积衬底表面吸附反应气体，反应气体产生反应并气体，反应气体产生反应并形成固态产物和气体产物。形成固态产物和气体产物。 产生的气体产物解吸附，产生的气体产物解吸附，并沿一边界层区域扩散。并沿一边界层区域扩散。 产生的气体产物排出。产生的气体产物排出。v 基体碳的制备基体碳的制备碳碳/碳复合材料碳复合材料 化学气相沉积的主要工艺参数是反应温度与压力。在获得碳化学气相沉积的主要工艺参数是反应温度与压力。在获得碳/ /碳

29、复合材料的基体碳时，其温度都在碳复合材料的基体碳时，其温度都在950950以上。以上。具体的工艺有等到温工艺、压力梯度工艺和温度梯度工艺。具体的工艺有等到温工艺、压力梯度工艺和温度梯度工艺。116l 液态浸渍液态浸渍- -碳化工艺碳化工艺 用该工艺可获得基体碳中用该工艺可获得基体碳中的树脂碳和沥青碳。的树脂碳和沥青碳。 为了达到碳为了达到碳/ /碳复合材料碳复合材料的要求，一般需要经过多次的要求，一般需要经过多次浸渍浸渍- -碳化过程。碳化过程。v 基体碳的制备基体碳的制备碳碳/碳复合材料碳复合材料117l 液态浸渍液态浸渍- -碳化工艺碳化工艺 500500时主要是缩水，形成时主要是缩水，形

30、成水蒸气逸出，体积收缩约水蒸气逸出，体积收缩约40%40%。 600-700 600-700时，树脂热解出时，树脂热解出甲烷与甲烷与COCO，体积收缩至约体积收缩至约50%50%。 随温度的升高只是脱氢，因随温度的升高只是脱氢，因此体积收缩趋于稳定。此体积收缩趋于稳定。 1700 1700之后，树脂碳趋于之后，树脂碳趋于石墨化，由于收缩造成的裂缝石墨化，由于收缩造成的裂缝的综合作用，体积收缩会有所的综合作用，体积收缩会有所增加。增加。v 基体碳的制备基体碳的制备碳碳/碳复合材料碳复合材料118v 碳碳/碳复合材料的性能碳复合材料的性能碳碳/碳复合材料碳复合材料119v 碳碳/碳复合材料的性能碳

31、复合材料的性能碳碳/碳复合材料碳复合材料120v 碳碳/碳复合材料的氧化保护碳复合材料的氧化保护碳碳/碳复合材料碳复合材料 碳碳/ /碳复合材料是目前耐高温工程结构材料的理想材料，碳复合材料是目前耐高温工程结构材料的理想材料，但碳但碳/ /碳复合材料在高于碳复合材料在高于370370时就会发生氧化，氧化保护时就会发生氧化，氧化保护极为重要。极为重要。l 碳碳/ /碳复合材料的抗氧化措施：碳复合材料的抗氧化措施： 在制备碳在制备碳/ /碳复合材料过程中在基体中预先包含有氧化碳复合材料过程中在基体中预先包含有氧化抑制剂；抑制剂； 采用碳采用碳/ /碳复合材料内含硼或硼化物类抑制剂，可将其氧碳复合材

32、料内含硼或硼化物类抑制剂，可将其氧化开始温度提高到化开始温度提高到600600，当温度再高时只能应用高温抗氧，当温度再高时只能应用高温抗氧化涂层的方法。化涂层的方法。 在碳复合材料的表面涂覆耐高温涂层，阻隔氧侵入。在碳复合材料的表面涂覆耐高温涂层，阻隔氧侵入。121v 碳碳/碳复合材料的氧化保护碳复合材料的氧化保护碳碳/碳复合材料碳复合材料F 表面涂覆耐高温涂层表面涂覆耐高温涂层R 温度低于温度低于15001500时，时，SiCSiC和和SiSi3 3N N4 4陶瓷陶瓷是较好的抗氧化陶瓷是较好的抗氧化陶瓷涂层。它们具有较好的化学稳定性，相对较低的蒸气压和氧涂层。它们具有较好的化学稳定性，相对

33、较低的蒸气压和氧的扩散渗透率，与碳相容性好，热膨胀系数低等特点。的扩散渗透率，与碳相容性好，热膨胀系数低等特点。R 温度介于温度介于1500-18001500-1800时，采时，采用如用如SiOSiO2 2+SiC+SiC的复合涂层。的复合涂层。R 温度高于温度高于18001800时，采用如时，采用如ZrOZrO2 2HOHO2 2Y Y2 2O O3 3和和ThOThO2 2的复合的复合涂层。它们在涂层。它们在20002000以上时仍以上时仍有所需的热稳定性。有所需的热稳定性。AlAl2 2O O3 3则可则可用于用于1800-20001800-2000。122复习题复习题1. 为什么说提高

34、韧性是陶瓷基复合材料的主要设计目标？陶瓷为什么说提高韧性是陶瓷基复合材料的主要设计目标？陶瓷基复合材料中主要有哪些增韧机制？基复合材料中主要有哪些增韧机制？ 2. 制备陶瓷基复合材料时，对基体材料有哪些基本要求？制备陶瓷基复合材料时，对基体材料有哪些基本要求？ 3. 简述陶瓷基复合材料的特点，并以粉末冶金工艺为例说明陶简述陶瓷基复合材料的特点，并以粉末冶金工艺为例说明陶瓷基复合材料的制备过程。瓷基复合材料的制备过程。 4. 论述陶瓷基复合材料中的颗粒增韧机制及其特点。论述陶瓷基复合材料中的颗粒增韧机制及其特点。 5. 简述相变增韧的机理。简述相变增韧的机理。 6. 论述陶瓷基复合材料中纤维和晶须的增韧机制。论述陶瓷基复合材料中纤维和晶须的增韧机制。7.什么是碳什么是碳/碳复合材料，有哪些特性？碳复合材料，有哪些特性？ 123作业作业1. 陶瓷基复合材料的组成及性能的主要特点是什么？陶瓷基复合材料的组成及性能的主要特点是什么？ 2. 制备陶瓷基复合材料的方法主要有哪些？制备陶瓷基复合材料的方法主要有哪些？ 3. 简述陶瓷基复合材料的增韧机制。简述陶瓷基复合材料的增韧机制。124