陶瓷基復(fù)合材料教學(xué)培訓(xùn)課件

1、陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料 復(fù)材1302干夢(mèng)丹陶瓷基復(fù)合材料：陶瓷基復(fù)合材料： 定義 種類 優(yōu)異性能 缺陷 實(shí)例 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)定義：定義：陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復(fù)合的一類復(fù)合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。英文名稱：Ceramic Matrix Composite，簡(jiǎn)稱CMC種類：種類：陶瓷基體材料主要以結(jié)晶和非結(jié)晶兩種形態(tài)的化合物存在，按照組成化合物的元素不同，又可以分為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。此外，還有一些會(huì)以混合氧化物的形態(tài)存在。氧化物陶瓷基體： (1)氧化鋁陶瓷基體 (2)氧化鋯陶瓷基體 氮化物陶瓷基體： (1)氮化硅陶瓷基體 (2)

2、氮化硼陶瓷基體 (3)碳化硼陶瓷基體氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷：特點(diǎn)：1）硬度大、耐磨性好2）強(qiáng)度高、韌性大（常溫抗折強(qiáng)度1.1GPa）3）耐火度高優(yōu)異性能：優(yōu)異性能：(1)陶瓷能夠很好地滲透進(jìn)纖維點(diǎn)須和顆粒增強(qiáng)材料；(2)同增強(qiáng)材料之間形成較強(qiáng)的結(jié)合力；(3)在制造和使用過(guò)程中同增強(qiáng)纖維間沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)；(4)對(duì)纖維的物理性能沒(méi)有損傷；(5)很好的抗蠕變、抗沖擊、抗疲勞性能；(6)高韌性；(7)化學(xué)穩(wěn)定性，具有耐腐蝕、耐氧化、耐潮濕等化學(xué)性能 缺陷：缺陷： 脆性大是致命缺陷和問(wèn)題 可靠性不高 由于本體陶瓷材料固有的結(jié)構(gòu)，決定了它對(duì)裂紋的敏感性，缺乏能量吸收機(jī)制。外加能量全部

3、集中于裂紋尖端的擴(kuò)展，擴(kuò)展速度極其迅速，所以材料是在無(wú)預(yù)兆情況下發(fā)生瞬時(shí)災(zāi)難性破壞實(shí)例：實(shí)例：現(xiàn)狀：現(xiàn)狀： 陶瓷材料是一種本質(zhì)脆性材料，在制備、機(jī)械加工以及使用過(guò)程中，容易產(chǎn)生一些內(nèi)在和外在缺陷，從而導(dǎo)致陶瓷材料災(zāi)難性破壞，嚴(yán)重限制了陶瓷材料應(yīng)用的廣度和深度，因此提高陶瓷材料的韌性成為影響陶瓷材料在高技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的關(guān)鍵。 近年來(lái)，受自然界高性能生物材料的啟發(fā)，材料界提出了模仿生物材料結(jié)構(gòu)制備高韌性陶瓷材料的思路。1990年Clegg等創(chuàng)造性材料制備的Sic薄片與石墨片層交替疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料與常規(guī)SiC陶瓷材料相比，其斷裂韌性和斷裂功提高了幾倍甚至幾十倍，成功地實(shí)現(xiàn)了仿貝殼珍珠層的宏觀結(jié)構(gòu)增韌

4、。 陶瓷基層狀復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)劣關(guān)鍵在于界面層材料，能夠應(yīng)用在高溫環(huán)境下，抗氧化的界面層材料還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)；此外，在應(yīng)用C、BN等弱力學(xué)性能的材料作為界面層時(shí)，雖然能夠得到綜合性能優(yōu)異的層狀復(fù)合材料，但是基體層與界面層之間結(jié)合強(qiáng)度低的問(wèn)題也有待進(jìn)一步解決。 陶瓷基層狀復(fù)合材料的制備工藝具有簡(jiǎn)便易行、易于推廣、周期短而廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于制備大的或形狀復(fù)雜的陶瓷部件。這種層狀結(jié)構(gòu)還能夠與其它增韌機(jī)制相結(jié)合，形成不同尺度多級(jí)增韌機(jī)制協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單成分多重結(jié)構(gòu)復(fù)合，從本質(zhì)上突破了復(fù)雜成分簡(jiǎn)單復(fù)合的舊思路。這種新的工藝思路是對(duì)陶瓷基復(fù)合材料制備工藝的重大突破，將為陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用開(kāi)辟?gòu)V

5、闊前景。 綜上所述，金屬基復(fù)合材料的制備領(lǐng)域的研究要在改進(jìn)制備設(shè)備、降低制備成本、改善基體與增強(qiáng)體的潤(rùn)濕性、控制制備過(guò)程中的界面反應(yīng)等幾個(gè)方面開(kāi)展。 陶瓷基復(fù)合材料的制備也存在著很多問(wèn)題。在高溫、高壓下制備出的復(fù)合材料雖然可以保證材料的致密性，但同時(shí)也對(duì)纖維造成一定的損傷；降低制備溫度，低壓下制備復(fù)合材料，使得基體孔隙率高，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的性能。因此，發(fā)展新的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備工藝是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急，也是今后連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料研究的主要方向，隨著研究的不斷深入，高性能復(fù)合材料的不斷創(chuàng)新，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用將會(huì)更加廣闊。 現(xiàn)在的透波材料的透波性能較好，熱導(dǎo)率較高。陶瓷基透波材料中熱導(dǎo)率最低的材料是石英陶瓷，陶瓷基復(fù)合材料中二維石英纖維織物增強(qiáng)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為0.35W(m.K)，該熱導(dǎo)率雖然在天線罩材料中較低，但是對(duì)于飛行器中的無(wú)線電設(shè)備在飛行器高速度長(zhǎng)時(shí)間飛行時(shí)的隔熱環(huán)境，這些材料的隔熱性能仍然不能滿足隔熱需求。因此，應(yīng)從隔熱性能好的高溫隔熱材料入手，研究這些材料的透波性能，以期待找到在高溫下同時(shí)具備良好隔熱性能和透波性能的材料。發(fā)展趨勢(shì)：發(fā)展趨勢(shì)： 細(xì)而長(zhǎng)且