第14章陶瓷基复合材料

第十四章陶瓷基复合材料，第一节陶瓷基复合材料探索，陶瓷材料特性：高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀性、脆性；纤维/陶瓷复合材料与陶瓷材料相比具有良好的韧性和机械性能，具有基体的优良特性、低密度和理想的高温结构材料。纤维增强玻璃和玻璃/陶瓷也可用于比树脂基复合材料高得多的机械性能、耐辐射性、对湿热不敏感、耐腐蚀性、核和宇宙环境、飞机、船只、盔甲等。陶瓷基复合材料在高温下制造时，考虑到纤维和基体材料之间的兼容性和与环境的兼容性，二者之间的膨胀系数基本一致。否则，结果残余应力可能导致矩阵中出现裂纹。可用作陶瓷基复合材料的纤维和基体见表1和表2，还列出了其特性。表1可以用陶瓷基复合纤维及其性能、表2陶瓷基材料及其性能、第二节陶瓷基复合材料成型工艺及其基本性能、结晶陶瓷高温粉末金处理方法制造；玻璃是用熔融法制造的。微晶玻璃首先在玻璃状态下处理到低温度，然后进行玻璃化热处理，得到微晶陶瓷。上述方法可以延长用于制作该矩阵的陶瓷基复合材料。纤维增强陶瓷基复合材料的制造包括将纤维添加到基和复合和基的集成两个过程，在某些情况下，这两个过程可以同时进行。高性能陶瓷复合材料最广泛的方法是热压法。1需要控制纤维的添加和方向，复合材料制造中纤维的体积含量、方向和分布。指定纤维方向不仅可以在所需方向获得改进的结果，而且具有更高的填充密度。随机排列的短纤维复合材料，只要混合纤维和基质粉，纤维长、含量高，在基质中均匀分布越困难，纤维的最高含量约为30%。否则纤维会结成块，很容易产生空洞。在热压过程中，混合料中随机排列的纤维倾向于在垂直热压方向的每个平面上定向，但在平面内仍然是随机排列。短纤维的方向可以通过以下方法实现：液压剪切方向。将短纤维或晶须与基体粉末一起添加到液体载体中，形成定向流动，通过喷嘴，纤维或晶须与基体一起沉积毡，排列成纤维方向。电泳。悬浮在液体中的固体粒子的表面全部带电，在液体中施加1直流电场，悬浮在液体中的纤维和基板粉末移动到阳极或阴极，一起沉积在通电的基板上，通过加热去除纤维指向方向的复合材料。连续纤维复合材料最常用的方法是泥浆浸渍。在含有有机粘结剂的有机溶剂中悬挂基质粉末，制成泥浆的纤维单丝或束通过泥浆悬挂底座。然后缠绕在圆柱体上，移除溶剂，进行热压，以获得复合材料。以碳纤维增强陶瓷基复合材料为例，简述了这一过程。碳纤维束首先扭曲，然后在滚筒上用压缩空气制作滚筒的宽度，以无纬铺。纬纱带通过装有基板粉末、溶剂和粘结剂的泥浆槽，将罐从下向上输送到压缩空气中，使矩阵保持悬浮状态。浸渍的纬纱带缠绕在圆筒上，用烘干去除溶剂后切成所需大小，热压复合和固结。在泥浆中控制粉末和粘结剂的数量，可以控制复合材料的纤维含量，通常在20%到60%之间。2热压、粉末粒度分布、温度和压力等工艺参数对热压方式材料的特性起着重要作用。比纤维素直径小的比例高的粉末，纤维均匀分布在基体上，有尖角的粒子容易损坏纤维表面。表3表明不同方法制备的粉末对碳-玻璃/陶瓷复合材料性能的影响。如表3所示，用球磨粉末制成的复合材料的性能优于用电液粉碎粉末制成的复合材料的性能。同时使用两种粉末时，性能介于两者之间。，表3粉末制备方法对碳-玻璃/陶瓷复合材料性能的影响，注：(1)两种粉末均为网状粒度53m(2)，开口和封闭孔的体积含量。3陶瓷基复合材料的基本特性，陶瓷基复合材料的特性因素：拉伸和弯曲特性与纤维的长度、方向和含量、纤维和基体的强度和弹性系数、热膨胀系数的匹配程度、基体中多孔性和纤维的损伤程度密切相关。不规则排列短纤维-陶瓷复合材料的拉伸和弯曲特性经常低于基体材料，这是由于不规则排列纤维的应力集中和热膨胀系数的不匹配。短纤维方向可提高方向的性能。定向连续纤维可以显着提高强度，减少应力集中，提高纤维的体积含量。单向增强陶瓷复合材料的剪切强度受纤维和基体之间的结合强度和基体的孔隙率影响，结合强度大，孔隙率低，层间剪切强度高。连续纤维单向增强、多向增强和晶须增强陶瓷复合材料的特性见表4 9。表4碳纤维增强硼硅酸盐玻璃的特性和关系，表5连续纤维单向增强陶瓷的测量强度(，)和理论强度(，)的比较，表6碳纤维增强硼硅酸盐玻璃和硅酸铝锂玻璃-陶瓷的特性，表7连续纤维多向增强陶瓷-陶瓷复合材料的特性，表8.5 9.4ghz测定；以35GHz测量。表8SiC晶须增强了A12O3陶瓷的机械性能，表9SiC晶须改善了其他陶瓷的机械特性，表9SiC晶须改善了其他陶瓷的机械特性，第三节陶瓷基复合材料的应用具有良好的强度和非系数、韧性、质量，质量轻、高速切削的应用前景广阔。陶瓷基复合材料是可以在军事和空间上用作导弹的天线罩。返回飞船的天线窗口和信标、装甲、引擎部件、换热器、燃气轮机部件、轴承和喷嘴等。石英纤维增强二氧化硅、碳化硅增强二氧化硅、碳化钽增强石墨、碳化硼增强石墨、碳、碳化硅或氮化