陶瓷基体复合材料课件

1、陶瓷基体复合材料课件第七章第七章陶瓷基体复合材料陶瓷基体复合材料2011.05.31陶瓷基体复合材料课件目标与要求目标与要求l了解陶瓷材料的特点了解陶瓷材料的特点l掌握常见的陶瓷基体及性能掌握常见的陶瓷基体及性能l掌握陶瓷基体复合材料增韧机理掌握陶瓷基体复合材料增韧机理l掌握陶瓷基体复合材料主要的制备方法掌握陶瓷基体复合材料主要的制备方法l了解陶瓷基复合材料的应用了解陶瓷基复合材料的应用陶瓷基体复合材料课件7.1 陶瓷材料的特点陶瓷材料的特点l熔点高，耐高温熔点高，耐高温l硬度大，耐磨性好硬度大，耐磨性好l化学稳定性好，耐腐蚀化学稳定性好，耐腐蚀l密度较小密度较小l韧性低（或脆性）韧性低（或脆

2、性）l热膨胀系数较小，热膨胀系数较小，抗热震性能差抗热震性能差陶瓷基体复合材料课件化合物化合物熔点熔点/化合物化合物熔点熔点/化合物化合物熔点熔点/Al2O32054ZnO1975ZrN2980ZrO22677TiO21857Ti2B2897莫来石莫来石1850SiC2837TiC3070一些陶瓷材料的熔点一些陶瓷材料的熔点/ 陶瓷基体复合材料课件使用温度使用温度陶瓷基体复合材料课件材料的密度材料的密度陶瓷基体复合材料课件热膨胀系数热膨胀系数陶瓷基体复合材料课件断裂韧性断裂韧性表表2-1 一一些些材材料料典典型型断断裂裂韧韧性性(K1C)值值材材 料料 K1C, MPa m1/2聚聚合合物物聚

3、聚乙乙烯烯 1 - 2尼尼龙龙 3环环氧氧树树脂脂，聚聚酯酯 0.5金金属属纯纯金金属属（铜铜、镍镍、铝铝） 100 - 300铝铝合合金金 20 - 50钛钛合合金金 50 - 100低低碳碳钢钢 4 10陶陶瓷瓷玻玻璃璃 0.5 1氧氧化化镁镁 3氧氧化化铝铝 1 3碳碳化化硅硅 2 4氮氮化化硅硅 3 - 5陶瓷基体复合材料课件因此，陶瓷材料的因此，陶瓷材料的便成了便成了近年来陶瓷工作者们研究的一个重点问题。近年来陶瓷工作者们研究的一个重点问题。现在这方面的研究巳取得了初步进展，现在这方面的研究巳取得了初步进展，探索出了若干种探索出了若干种。陶瓷基体复合材料课件现代陶瓷材料的研究，最早是

4、从对现代陶瓷材料的研究，最早是从对开始的，随后又逐步扩大开始的，随后又逐步扩大到了其他的到了其他的。目前被人们研究最多的是目前被人们研究最多的是、等，它们普遍具有等，它们普遍具有耐高温耐高温、耐腐蚀耐腐蚀、高强度高强度、重量轻重量轻和和价格低价格低等优点。等优点。陶瓷基体复合材料课件7.2常见的陶瓷基复合材料的基体常见的陶瓷基复合材料的基体陶瓷基复合材料的基体陶瓷基复合材料的基体为为，这是一种，这是一种包括范围很广的材料，属于包括范围很广的材料，属于而不是单而不是单质，所以它的质，所以它的结构远比金属合金复杂得多结构远比金属合金复杂得多。 陶瓷材料中的化学键往注是介于离子键与共陶瓷材料中的化学

5、键往注是介于离子键与共价键之间的混合键。它们普遍具有耐高温、耐腐价键之间的混合键。它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。常见的陶瓷基体有：常见的陶瓷基体有：1 1、氧化物基体氧化物基体， 2 2、非氧非氧化物陶瓷指金属碳化物化物陶瓷指金属碳化物，氮化物氮化物、硼化物硼化物等等 3 3、微晶玻璃微晶玻璃 陶瓷基体复合材料课件1 1、氧化物陶瓷、氧化物陶瓷 l主要由离子键结合，也有一定成分的共价键主要由离子键结合，也有一定成分的共价键 l纯氧化物陶瓷的熔点多超过纯氧化物陶瓷的熔点多超过2000。在。在8001000以前强度降低不大以前强度降低不

6、大 l氧化物陶瓷在高温下不会被氧化，所以常做高氧化物陶瓷在高温下不会被氧化，所以常做高温耐火结构材料温耐火结构材料 l常见的基体材料有氧化铝和氧化锆陶瓷常见的基体材料有氧化铝和氧化锆陶瓷 陶瓷基体复合材料课件1）氧化铝陶瓷的主要性能）氧化铝陶瓷的主要性能 主要有具有主要有具有、和和三种晶型，其中三种晶型，其中和和型是纯氧化型是纯氧化铝，而铝，而型是含碱的铝酸盐型是含碱的铝酸盐 基体材料的氧化铝陶瓷主要是基体材料的氧化铝陶瓷主要是-Al2O3，纯度为，纯度为9999.5，密度，密度3.753.85g/cm3，熔点，熔点2054。刚玉瓷具。刚玉瓷具有很好的机械强度，加热到有很好的机械强度，加热到1

7、6001700仍保持很高的仍保持很高的机械强度。化学稳定性好，与酸碱都不发生作用，常温机械强度。化学稳定性好，与酸碱都不发生作用，常温下，也不与氢氟酸发生作用。具有很好的介电性，同时下，也不与氢氟酸发生作用。具有很好的介电性，同时还可以作为透光度为还可以作为透光度为80以上的制品。以上的制品。 陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件2）氧化锆陶瓷）氧化锆陶瓷 单斜变四方时体积收缩单斜变四方时体积收缩7.7，晶型转变产生明显的晶型转变产生明显的体积收缩或膨胀，可以加入一些的稳定剂，如体积收缩或膨胀，可以加入一些的稳定剂，如CaO、MgO等，保持氧化锆的四方结构。等，保持氧化锆的四方结构。 氧化

8、锆熔点氧化锆熔点2667，热的不良导体，化学性能稳定。，热的不良导体，化学性能稳定。可作为耐火材料，熔融铂、铑、钛等金属的坩锅，可作为耐火材料，熔融铂、铑、钛等金属的坩锅，最高温度可达最高温度可达2500。可用作火箭和喷气发动机的。可用作火箭和喷气发动机的耐腐蚀部件。耐腐蚀部件。 陶瓷基体复合材料课件2、非氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷 在自然界很少，需要人工合成。非氧化物陶瓷在自然界很少，需要人工合成。非氧化物陶瓷主要是共价键结合而成，但也有一定的金属键主要是共价键结合而成，但也有一定的金属键成分。这类陶瓷材料的熔点高、硬度大和耐磨成分。这类陶瓷材料的熔点高、硬度大和耐磨性好。具有特殊的电磁和化学

9、性质。但这类材性好。具有特殊的电磁和化学性质。但这类材料的脆性大，高温抗氧化能力不高，所以在高料的脆性大，高温抗氧化能力不高，所以在高温氧化气氛中使用寿命有限。常见的基体材料温氧化气氛中使用寿命有限。常见的基体材料有有碳化硅碳化硅和和氮化硅氮化硅陶瓷。陶瓷。 陶瓷基体复合材料课件1）碳化硅陶瓷）碳化硅陶瓷 和和两种晶型，两种晶型， 为六方型多层链状结构。为六方型多层链状结构。型为立方结构，在型为立方结构，在2100转变为转变为型。无熔点，在型。无熔点，在2830发生分解。理论密度发生分解。理论密度3.21g/cm3，莫氏硬度，莫氏硬度9.29.2，耐磨性好，导热性好，热膨胀系数，耐磨性好，导热

10、性好，热膨胀系数4.710-6/。化学稳定性好，除磷酸、硝酸和氢氟酸混合。化学稳定性好，除磷酸、硝酸和氢氟酸混合酸外，与所有的酸都不反应。碳化物中抗氧化能力酸外，与所有的酸都不反应。碳化物中抗氧化能力最好。高温下能与金属氧化物发生反应最好。高温下能与金属氧化物发生反应 工业陶瓷中碳化硅有工业陶瓷中碳化硅有黑色黑色和和绿色绿色两种，黑色是碳过两种，黑色是碳过量，绿色是硅过量量，绿色是硅过量 陶瓷基体复合材料课件2）氮化硅陶瓷）氮化硅陶瓷 氮和硅的唯一化合物。有氮和硅的唯一化合物。有、两中晶型，两中晶型，属于属于低温型，在低温型，在14001600时转变为时转变为型（高温稳定型（高温稳定型）。两种

11、变体均属于六方晶系，但型）。两种变体均属于六方晶系，但c c方向上方向上型晶型晶格常数格常数型的型的2倍。两种晶型密度很相近，相变时几倍。两种晶型密度很相近，相变时几乎不发生体积变化乎不发生体积变化 。理论密度为。理论密度为3.184g/cm3，布氏，布氏硬度硬度9999级，分解温度级，分解温度1900，型膨胀系数为型膨胀系数为3.010-6/, 型热膨胀系数为型热膨胀系数为3.610-6/。20时时电阻率为电阻率为101314cm。机械强度高，尤其是高温机。机械强度高，尤其是高温机械强度。化学稳定性好，抗氧化能力强械强度。化学稳定性好，抗氧化能力强 陶瓷基体复合材料课件 氮化硅原子自扩散系数

12、非常小，制备难，近年来氮化硅原子自扩散系数非常小，制备难，近年来人们开始研究添加氧化铝形成的氮化硅固溶体形人们开始研究添加氧化铝形成的氮化硅固溶体形成成Sialon陶瓷（赛隆，含有陶瓷（赛隆，含有Si、Al、O、N四种元四种元素）。素）。 氮化硅是一种出色的耐腐蚀材料，可用作坩锅，氮化硅是一种出色的耐腐蚀材料，可用作坩锅，热电欧保护管，金属冶炼炉的内衬材料。有极高热电欧保护管，金属冶炼炉的内衬材料。有极高的热稳定性和中等的机械强度，可以用作火箭喷的热稳定性和中等的机械强度，可以用作火箭喷嘴、导弹发射台和尾气喷管以及燃气轮叶片。嘴、导弹发射台和尾气喷管以及燃气轮叶片。 陶瓷基体复合材料课件微晶玻

13、璃微晶玻璃 玻璃组成中引入晶核剂，通过热处理、光照或化学玻璃组成中引入晶核剂，通过热处理、光照或化学处理等手段，使玻璃内均匀析出大量微小晶体，形处理等手段，使玻璃内均匀析出大量微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体多相复合体。控制析出。控制析出的微晶的种类、数量和尺寸，可以获得透明微晶玻的微晶的种类、数量和尺寸，可以获得透明微晶玻璃、膨胀系数为零的微晶玻璃及可切削的微晶玻璃。璃、膨胀系数为零的微晶玻璃及可切削的微晶玻璃。按照基础玻璃组成，分为按照基础玻璃组成，分为硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐酸盐、硼酸盐和磷酸盐5 5大类大类

14、陶瓷基体复合材料课件7.3 陶瓷复合材料分类陶瓷复合材料分类 按照用途分类按照用途分类l结构陶瓷复合材料结构陶瓷复合材料l功能陶瓷复合材料功能陶瓷复合材料 按照增强材料形态分类按照增强材料形态分类l颗粒增强陶瓷复合材料颗粒增强陶瓷复合材料l纤维（晶须）增强复合材料纤维（晶须）增强复合材料l片材增强陶瓷复合材料片材增强陶瓷复合材料 陶瓷基体复合材料课件一、颗粒增强陶瓷复合材料一、颗粒增强陶瓷复合材料延性颗粒延性颗粒 过渡元素过渡元素( (铁、钴、镍、铬、钨、钼等）铁、钴、镍、铬、钨、钼等）及其合金。复合材料韧性有明显提高，强度不足及其合金。复合材料韧性有明显提高，强度不足 刚性颗粒刚性颗粒 主要

15、是陶瓷颗粒主要是陶瓷颗粒，如如SiC、TiB2、B4C等，脆性问题没有解决等，脆性问题没有解决 颗粒弥散强化颗粒弥散强化 直径从纳米量级到几十个微米，利用弹性直径从纳米量级到几十个微米，利用弹性模量和热膨胀系数的差异，在冷却粒子和基体周围产生残余模量和热膨胀系数的差异，在冷却粒子和基体周围产生残余应力场。与扩展裂纹尖端应力交互作用，从而产生裂纹的偏应力场。与扩展裂纹尖端应力交互作用，从而产生裂纹的偏转、绕道、分支和钉扎等效用，从而对基体产生增韧作用转、绕道、分支和钉扎等效用，从而对基体产生增韧作用 真正的颗粒增强真正的颗粒增强 颗粒尺寸处于微米量级，如混凝土、砂颗粒尺寸处于微米量级，如混凝土、

16、砂轮磨料轮磨料 陶瓷基体复合材料课件陶瓷基复合材料尤其是先进陶瓷基颗粒复合材料大陶瓷基复合材料尤其是先进陶瓷基颗粒复合材料大多数是指多数是指颗粒弥散增强颗粒弥散增强。成本低，复合材料呈各向。成本低，复合材料呈各向同性。除了金属增韧粒子外，颗粒增强在高温下仍同性。除了金属增韧粒子外，颗粒增强在高温下仍然起作用。然起作用。 刚性颗粒增强刚性颗粒增强陶瓷复合材料的抗弯强度和断裂韧性陶瓷复合材料的抗弯强度和断裂韧性都有所增加，但结果不甚理想，尤其是断裂韧性。都有所增加，但结果不甚理想，尤其是断裂韧性。金属颗粒增强金属颗粒增强陶瓷复合材料韧性可以显著增强，但陶瓷复合材料韧性可以显著增强，但强度变化不大，

17、尤其是高温强度下降强度变化不大，尤其是高温强度下降陶瓷基体复合材料课件颗粒增强陶瓷基复合材料增韧机理颗粒增强陶瓷基复合材料增韧机理 热膨胀系数的失配热膨胀系数的失配 陶瓷基体复合材料课件颗粒增强陶瓷基复合材料增韧机理颗粒增强陶瓷基复合材料增韧机理 裂纹偏转和裂纹桥联裂纹偏转和裂纹桥联 陶瓷基体复合材料课件颗粒增强陶瓷基复合材料增韧机理颗粒增强陶瓷基复合材料增韧机理 相变增韧相变增韧 陶瓷基体复合材料课件右图显示了右图显示了对对复合材料复合材料性能的影响。性能的影响。从中可以看出，在从中可以看出，在强度出现峰值。强度出现峰值。陶瓷基体复合材料课件下图为下图为对对复合材料性能的复合材料性能的影响。

18、影响。 从中可以看出，在从中可以看出，在强度及强度及韧性达到了最高值。韧性达到了最高值。陶瓷基体复合材料课件二、纤维（晶须）增强陶瓷复合材料二、纤维（晶须）增强陶瓷复合材料 晶须有石墨、碳化硅、氮化硅和氧化铝等晶须有石墨、碳化硅、氮化硅和氧化铝等纤维多为多晶或非晶材料，如玻璃纤维、碳纤纤维多为多晶或非晶材料，如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等。维、硼纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等。 纤维和晶须里面的缺陷和微裂纹很少，所以力纤维和晶须里面的缺陷和微裂纹很少，所以力学性能要优于块状材料，尤其是晶须的强度，学性能要优于块状材料，尤其是晶须的强度，接近理论强度。接近理论强度。陶瓷基体

19、复合材料课件纤维（晶须）增强陶瓷基复合材料增韧机理纤维（晶须）增强陶瓷基复合材料增韧机理陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件目前常用的是目前常用的是SiC，Si3N4，Al2O3晶须，常用的晶须，常用的基体则为基体则为Al2O3，ZrO2，SiO2，Si3N4及莫来石等。及莫来石等。晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与基体和晶须晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与基体和晶须的选择，晶须的含量及分布等因素有关。的选择，晶须的含量及分布等因素有关。陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件从上面的讨论知道，由于从上面的讨论知道，由于，因此，当其含量较高时，因其，因此，当其含量较高时，因其而使致密化变得因难，

20、从而引起了密而使致密化变得因难，从而引起了密度的下降并导致性能的下降。度的下降并导致性能的下降。陶瓷基体复合材料课件设计纤维或晶须增强复合材料选择纤维材料的原则：设计纤维或晶须增强复合材料选择纤维材料的原则：a，增强体要在基体中均匀分布；，增强体要在基体中均匀分布；b，弹性模量要匹配，一般纤维的强度、弹性模量，弹性模量要匹配，一般纤维的强度、弹性模量要大于基体材料；要大于基体材料；c，纤维与基体要有很好的化学相容性，无明显的，纤维与基体要有很好的化学相容性，无明显的化学反应或形成固溶体；化学反应或形成固溶体；d，纤维与基体热膨胀系数要匹配，对热膨胀系数，纤维与基体热膨胀系数要匹配，对热膨胀系数

21、差别大的，可在纤维表面涂层或引入杂质使纤维和差别大的，可在纤维表面涂层或引入杂质使纤维和基体界面产生新相缓冲应力；基体界面产生新相缓冲应力；e，适量的纤维体积分数；，适量的纤维体积分数；f，纤维直径要在临界直径以下。，纤维直径要在临界直径以下。 陶瓷基体复合材料课件连续长纤维增强陶瓷复合材料连续长纤维增强陶瓷复合材料的韧性、强度和模量都的韧性、强度和模量都有不同程度增强，而且制备工艺复杂，不容易均匀分有不同程度增强，而且制备工艺复杂，不容易均匀分布。布。短纤维（晶须）增强复合材料短纤维（晶须）增强复合材料可以明显改善韧性，但可以明显改善韧性，但强度提高不够显著。晶须具有长径比，当其含量较高强度

22、提高不够显著。晶须具有长径比，当其含量较高时，因其桥架效应而使致密化变得因难，引起了密度时，因其桥架效应而使致密化变得因难，引起了密度的下降并导致性能的下降。的下降并导致性能的下降。复合材料的性能与基体的复合材料的性能与基体的气孔率气孔率、界面结合界面结合有很大的有很大的关系关系陶瓷基体复合材料课件若将若将与与共同使用共同使用，则可取长补短，则可取长补短，达到更好的效果。达到更好的效果。目前，已有了这方面的研究工作，如使目前，已有了这方面的研究工作，如使用用与与来来共同增韧共同增韧，用，用来来共同增韧共同增韧等。等。陶瓷基体复合材料课件与与陶瓷基体复合材料课件与与陶瓷基体复合材料课件三、片状增

23、强陶瓷三、片状增强陶瓷 由层片状陶瓷结构单元和界面分隔层两部分由层片状陶瓷结构单元和界面分隔层两部分组成组成 ，陶瓷层一般由强度大、耐高温的的，陶瓷层一般由强度大、耐高温的的陶瓷材料，可以承受较大的应力，如陶瓷材料，可以承受较大的应力，如SiC、Si3N4、Al2O3和和ZrO2等陶瓷材料，分隔层根等陶瓷材料，分隔层根据基体材料而不同据基体材料而不同 陶瓷基体复合材料课件7.4 陶瓷基复合材料的制备陶瓷基复合材料的制备的制造分为两个步骤：的制造分为两个步骤：第一步是将第一步是将掺入掺入未固结未固结(或粉末状或粉末状)的的中，排列整齐或混合均勾；中，排列整齐或混合均勾；第二步是运用第二步是运用各

24、种加工条件各种加工条件在尽量在尽量和和的前提下，制成复合材料制品。的前提下，制成复合材料制品。 陶瓷基体复合材料课件在加工制备复合材料时，应根据使用要求，在加工制备复合材料时，应根据使用要求，针对不同的增强材料针对不同的增强材料(纤维、晶须、颗粒纤维、晶须、颗粒)，选，选择相应的加工条件等因素。择相应的加工条件等因素。物理因素：熔点、挥发度、密度、弹性模物理因素：熔点、挥发度、密度、弹性模量、热膨胀系数、蠕变性能、强度、断裂韧性量、热膨胀系数、蠕变性能、强度、断裂韧性等。等。 化学因素：纤维和基体的化学相容性，尤化学因素：纤维和基体的化学相容性，尤其是高温的化学相容性其是高温的化学相容性陶瓷基

25、体复合材料课件一、冷压和烧结法（粉末冶金法）一、冷压和烧结法（粉末冶金法）二、热压烧结法二、热压烧结法 三、热等静压烧结成型三、热等静压烧结成型 四、渗透法四、渗透法 五、五、CVD、CVI法法 六、溶胶六、溶胶-凝胶（凝胶（Sol-Gel）法）法 七、热解七、热解(Pyrolysis)法法 八、其他方法八、其他方法具体的制备工艺具体的制备工艺陶瓷基体复合材料课件一、冷压和烧结法一、冷压和烧结法 传统的陶瓷生产工艺，是将粉末和纤维冷压，传统的陶瓷生产工艺，是将粉末和纤维冷压，然后烧结。也可以在一定的条件下将陶瓷粉体和然后烧结。也可以在一定的条件下将陶瓷粉体和有机载体混合后，压制成型，除去有机黏

26、结剂，有机载体混合后，压制成型，除去有机黏结剂，然后烧结成制品。然后烧结成制品。 在冷压和烧结法的生产过程中，通常会遇到在冷压和烧结法的生产过程中，通常会遇到烧结过程中制品收缩，同时最终产品中有许多裂烧结过程中制品收缩，同时最终产品中有许多裂纹的问题。在用纤维和晶须增强陶瓷基材料进行纹的问题。在用纤维和晶须增强陶瓷基材料进行烧结时，除了会遇到陶瓷基收缩的问题外，还会烧结时，除了会遇到陶瓷基收缩的问题外，还会使烧结材料在烧结和冷却时产生缺陷或内应力。使烧结材料在烧结和冷却时产生缺陷或内应力。 陶瓷基体复合材料课件热压是目前制备纤维增强陶瓷基复合材料最常热压是目前制备纤维增强陶瓷基复合材料最常用的

27、方法，是用的方法，是压力与温度同时作用于粉体，加压力与温度同时作用于粉体，加快了粉体的致密化速度，使得产品的致密度更快了粉体的致密化速度，使得产品的致密度更高，同时晶粒尺寸也更小高，同时晶粒尺寸也更小。主要包括以下两个。主要包括以下两个步骤：步骤：增强相渗入没有固化的基体中；增强相渗入没有固化的基体中；固固化的复合材料被热压成型。化的复合材料被热压成型。整个操作过程中纤维要特别小心对待，以防损整个操作过程中纤维要特别小心对待，以防损坏纤维表面坏纤维表面二、热压烧结法二、热压烧结法 陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件三、热等静压烧结成型三、热等静压烧结成型 将粉体装入橡

28、胶或塑料等可变性容器中，密封后放将粉体装入橡胶或塑料等可变性容器中，密封后放入液体中加压而成。然后在气体介质高温和高压作用下，入液体中加压而成。然后在气体介质高温和高压作用下，将基体与增强体烧结复合而成。将基体与增强体烧结复合而成。 烧结过程中，第二相的存在，特别是晶须的架桥作烧结过程中，第二相的存在，特别是晶须的架桥作用，阻碍陶瓷基体的致密化过程，而且晶须、纤维在高用，阻碍陶瓷基体的致密化过程，而且晶须、纤维在高温下有更强烈的分解趋势，要求烧结的温度不能太高。温下有更强烈的分解趋势，要求烧结的温度不能太高。陶瓷基体复合材料课件四、渗透法四、渗透法 在预制的增强材料坯件中使基体材料以固态、在预

29、制的增强材料坯件中使基体材料以固态、液态或气态的形式渗透制成复合材料。比较常用液态或气态的形式渗透制成复合材料。比较常用的是液相渗透。的是液相渗透。 由于熔融的陶瓷具有较高的黏度，通过对增由于熔融的陶瓷具有较高的黏度，通过对增强材料的表面处理，来提高其浸渍性，加压和抽强材料的表面处理，来提高其浸渍性，加压和抽真空这两种物理方法也可以被用来提高渗透性。真空这两种物理方法也可以被用来提高渗透性。优点是制造工艺简单，制品均匀。优点是制造工艺简单，制品均匀。陶瓷基体复合材料课件五、五、CVD、CVI法法CVD法就是利用化学气相沉积技术，通过一些反法就是利用化学气相沉积技术，通过一些反应性混合气体在高温

30、状态下反应，分解出陶瓷材应性混合气体在高温状态下反应，分解出陶瓷材料并沉积在各种增强材料上形成陶瓷基复合材料料并沉积在各种增强材料上形成陶瓷基复合材料的方法。的方法。CVI法法 在在CVD技术上发展起来并被广泛应用于各技术上发展起来并被广泛应用于各种陶瓷基复合材料。将化学气相沉积技术运用在种陶瓷基复合材料。将化学气相沉积技术运用在将大量陶瓷材料渗透进增强材料预制坯件的工艺将大量陶瓷材料渗透进增强材料预制坯件的工艺就称为化学气相渗透工艺。就称为化学气相渗透工艺。陶瓷基体复合材料课件六、溶胶六、溶胶-凝胶（凝胶（Sol-Gel）法）法运用胶体化学的方法，将含有金属化合物的溶液，运用胶体化学的方法，

31、将含有金属化合物的溶液，与增强材料混合后反应形成溶胶，溶胶在一定的与增强材料混合后反应形成溶胶，溶胶在一定的条件下转化成为凝胶，然后烧结成条件下转化成为凝胶，然后烧结成CMC的一种工的一种工艺。艺。反应温度要低于传统工艺中的熔融和烧结温度，反应温度要低于传统工艺中的熔融和烧结温度，陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件七、热解七、热解(Pyrolysis)法法 使聚合物先驱体热解形成陶瓷基复合材料的使聚合物先驱体热解形成陶瓷基复合材料的方法。方法。 如由聚碳硅烷生产如由聚碳硅烷生产SiC陶瓷基复合材料，陶陶瓷基复合材料，陶瓷产量高、收低率缩、好的机械性能，同时聚瓷产量高、收低率缩、好的机械性

32、能，同时聚合物本身容易制备。可用来生产合物本身容易制备。可用来生产SiCf/SiC和和Si3N4f/SiC等陶瓷基复合材料。等陶瓷基复合材料。 陶瓷基体复合材料课件八八 其他方法其他方法 自蔓燃高温合成法自蔓燃高温合成法碳化物基复合材料（碳化物基复合材料（如如Al2O3/SiC、Al2O3/B4C、Al2O3/TiC) 、氮化物、氮化物基复合材料基复合材料( (Al2O3/TiN）、硼化物基复合材料硼化物基复合材料( (Al2O3/TiN、TiC/TiB2）原位生长工艺原位生长工艺 如在氮化硅陶瓷在高压气氛如在氮化硅陶瓷在高压气氛中烧结生成中烧结生成-Si3N4晶须晶须 陶瓷基体复合材料课件7

33、.5 陶瓷基体复合材料应用陶瓷基体复合材料应用l航空与火力发电方面航空与火力发电方面 涡轮机燃烧室覆壁、涡轮涡轮机燃烧室覆壁、涡轮盘、导向叶片和螺栓。减小质量，提高燃烧效率，盘、导向叶片和螺栓。减小质量，提高燃烧效率，减少有害气体排放，节省冷却系统。减少有害气体排放，节省冷却系统。l石油化工石油化工 如催化剂载体、热交换器。耐高温、如催化剂载体、热交换器。耐高温、抗腐蚀。提高燃烧温度，提高热效率，减少有害抗腐蚀。提高燃烧温度，提高热效率，减少有害气体排放气体排放l冶金材料冶金材料 熔炼炉耐火材料，钢液过滤材料熔炼炉耐火材料，钢液过滤材料l生物工程生物工程 人类骨骼和牙齿的替代材料人类骨骼和牙齿

34、的替代材料l机械与汽车工业机械与汽车工业 机械加工刀具、滑动构件。耐机械加工刀具、滑动构件。耐磨轴承、喷嘴。汽车方面火花塞、密封圈、涡轮磨轴承、喷嘴。汽车方面火花塞、密封圈、涡轮转子等转子等陶瓷基体复合材料课件航空与火力发电方面航空与火力发电方面陶瓷基体复合材料课件用碳化硅晶须用碳化硅晶须增强的氧化铝增强的氧化铝陶瓷复合材料陶瓷复合材料刀具刀具陶瓷基体复合材料课件作业作业 简述常见的陶瓷基体及特性简述常见的陶瓷基体及特性 简述陶瓷基体复合材料的分类简述陶瓷基体复合材料的分类 不同增强体的增强机理是什么不同增强体的增强机理是什么 常见的陶瓷基体复合材料制备方法有哪些常见的陶瓷基体复合材料制备方法

35、有哪些陶瓷基体复合材料课件7.7 C/C复合材料复合材料 由石墨纤维和石墨基体组成，具有高由石墨纤维和石墨基体组成，具有高的烧蚀热、低烧蚀率，在抗热冲击和超热的烧蚀热、低烧蚀率，在抗热冲击和超热环境下具有高强度等优点。主要应用于以环境下具有高强度等优点。主要应用于以航天飞机鼻锥和机翼前缘的抗氧化碳航天飞机鼻锥和机翼前缘的抗氧化碳/ /碳碳复合材料为代表。复合材料为代表。 陶瓷基体复合材料课件碳碳/ /碳复合材料的发展碳复合材料的发展l19581958年美国年美国chance Voughtchance Vought航空公司实验室一航空公司实验室一次失败的试验，意外发现碳纤维增强碳基体次失败的试验

36、，意外发现碳纤维增强碳基体复合材料。复合材料。l6060年代中期到年代中期到7070年代末期迅速发展的阶段。年代末期迅速发展的阶段。 现代空间技术，高强、高模量碳纤维，多种现代空间技术，高强、高模量碳纤维，多种CVDCVD沉积沉积碳基体工艺技术碳基体工艺技术 l 8080年代后逐步成熟年代后逐步成熟 预成型体的结构设计和多向编织加工技术日趋发展预成型体的结构设计和多向编织加工技术日趋发展成熟；复合材料的致密化工艺逐渐完善成熟；复合材料的致密化工艺逐渐完善 陶瓷基体复合材料课件一、一、C/C复合材料的制备复合材料的制备 1 1、预制体的制备、预制体的制备 2 2、预制体与基体的复合、预制体与基体

37、的复合 陶瓷基体复合材料课件1、碳纤维预制体的制备、碳纤维预制体的制备l碳纤维的选择碳纤维的选择l碳纤维编织结构的设计碳纤维编织结构的设计陶瓷基体复合材料课件 1）碳纤维的选择碳纤维的选择 通常使用通常使用加捻加捻、有涂层有涂层的连续碳纤维纱。的连续碳纤维纱。 用作用作结构材料结构材料时选择时选择高强度高强度和和高模量高模量的碳纤维。的碳纤维。要求要求热导率低热导率低时，选择时，选择低模量低模量的碳纤维。的碳纤维。 总之，应该从总之，应该从价格价格、预制体纺织形态预制体纺织形态、性能性能以及以及稳定性稳定性等多方面因素选择碳纤维。等多方面因素选择碳纤维。陶瓷基体复合材料课件2）碳纤维编制结构设

38、计碳纤维编制结构设计按照增强方式可分为单向纤维增强、二维织物或多按照增强方式可分为单向纤维增强、二维织物或多向织物增强向织物增强单向和二维大多是将碳纤维、碳纤维平面编织物或单向和二维大多是将碳纤维、碳纤维平面编织物或碳毡等预先浸渍高碳化的沥青或树脂，形成预浸片，碳毡等预先浸渍高碳化的沥青或树脂，形成预浸片，按设计要求搭层或铺层、再进行二次固化获得预成按设计要求搭层或铺层、再进行二次固化获得预成型体型体 单向增强可以在一个方向上获得高拉伸强度的碳单向增强可以在一个方向上获得高拉伸强度的碳/碳复合材料碳复合材料 陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件纤维层纤维层基体基体陶瓷基体复合材料课件 两向

39、编织物有平纹和缎纹两种。编织物的性能两向编织物有平纹和缎纹两种。编织物的性能决定于相邻两股纱的决定于相邻两股纱的间距间距、纱的、纱的尺寸尺寸、每个方向上每个方向上纱的百分含量纱的百分含量、纱的填充效率纱的填充效率以及以及编制图案的复杂编制图案的复杂性性 。 两向碳两向碳/碳复合材料在平行于布层的方向上拉伸碳复合材料在平行于布层的方向上拉伸强度比石墨纤维高，并且提高了抗热应力性能和断强度比石墨纤维高，并且提高了抗热应力性能和断裂韧性，容易制造大尺寸形状复杂的部件。缺点是裂韧性，容易制造大尺寸形状复杂的部件。缺点是垂直于布层方向上的拉伸强度较低，层间剪切强度垂直于布层方向上的拉伸强度较低，层间剪切

40、强度低，易产生分层。低，易产生分层。 2）碳纤维编制结构设计碳纤维编制结构设计陶瓷基体复合材料课件平纹、斜纹、缎纹平纹、斜纹、缎纹陶瓷基体复合材料课件 多向编织技术能够对载荷进行设计，保证复多向编织技术能够对载荷进行设计，保证复合材料中纤维的正确排列方向以及每个方向上纤合材料中纤维的正确排列方向以及每个方向上纤维的含量。维的含量。 最简单的最简单的多向编制多向编制是是三向正交三向正交结构。纤维按结构。纤维按照三维直角坐标轴照三维直角坐标轴x x、y y、z z排列，形成直角块状排列，形成直角块状预制体。预制体。 三向正交结构的基础上，编制三向正交结构的基础上，编制四、五、四、五、七和十一七和十

41、一向增强的预制体向增强的预制体 制造多向预制体的方法有：干纱编织、织物制造多向预制体的方法有：干纱编织、织物缝制、预固化纱的编排、纤维缠绕以及上述方法缝制、预固化纱的编排、纤维缠绕以及上述方法的组合。的组合。 陶瓷基体复合材料课件三维三维C/C编制结构编制结构陶瓷基体复合材料课件 多维编织的碳碳复合材料预成型体结构多维编织的碳碳复合材料预成型体结构 (b) 5维结构维结构陶瓷基体复合材料课件2、预制体与基体的复合预制体与基体的复合l液态热浸渍分解法液态热浸渍分解法 l化学气相沉积法化学气相沉积法 陶瓷基体复合材料课件1 1）液态热浸渍分解法）液态热浸渍分解法将先驱体浸入预制体，然后固化、高温下

42、将先驱体浸入预制体，然后固化、高温下（6501100）碳化或直接碳化，碳化后还要在更高的温碳化或直接碳化，碳化后还要在更高的温度度（26002750）进行石墨化和抗氧化处理。进行石墨化和抗氧化处理。 常见的前驱体有常见的前驱体有热固性树脂热固性树脂和和沥青沥青两类，热固性两类，热固性树脂常用树脂常用酚醛树脂酚醛树脂和和呋喃树脂呋喃树脂，沥青中常用，沥青中常用煤焦煤焦油沥青油沥青和和石油沥青石油沥青。 陶瓷基体复合材料课件树脂浸渍、固化、碳化体积收缩示意图树脂浸渍、固化、碳化体积收缩示意图 陶瓷基体复合材料课件 选择先驱体时要考虑液体的选择先驱体时要考虑液体的粘度粘度、碳收获率碳收获率、碳的微观

43、结构碳的微观结构和和晶体结构晶体结构。这些都与制备过程中的。这些都与制备过程中的压力压力、温度温度、时间时间有一定的关系。有一定的关系。 热固性树脂热固性树脂热解转化为碳，其质量转化率为热解转化为碳，其质量转化率为5056。酚醛树脂的收缩率为。酚醛树脂的收缩率为20，但收缩率对，但收缩率对多向预制体的影响要小于两向结构多向预制体的影响要小于两向结构 沥青沥青是热塑性的，软化点低（是热塑性的，软化点低（400），粘度低，），粘度低，产碳率高。沥青作为先驱体不需要固化，直接热解。产碳率高。沥青作为先驱体不需要固化，直接热解。常压下沥青的产碳率为常压下沥青的产碳率为50左右左右 。10MPa氮压和氮

44、压和550下产碳率为下产碳率为90 陶瓷基体复合材料课件树脂浸渍法树脂浸渍法程序程序：酚醛树脂：酚醛树脂 制备溶液制备溶液 （真空）（真空）浸渍预成型体浸渍预成型体 预固化预固化 碳化（树脂体积收缩）碳化（树脂体积收缩） 再浸渍再浸渍 固化固化 碳化碳化 致密化。致密化。浸渍浸渍温度为温度为50左右。有时也施加一定的压力左右。有时也施加一定的压力35Mpa 酚醛树脂的酚醛树脂的固化固化压力为压力为1Mpa，固化温度，固化温度140170，保温保温2h在氮气或氩气保护下进行在氮气或氩气保护下进行碳化碳化，温度为，温度为6501100 陶瓷基体复合材料课件沥青浸渍工艺沥青浸渍工艺先进行真空浸渍，先

45、进行真空浸渍，250然后加压浸渍。然后加压浸渍。600700加压碳化加压碳化 浸渍热处理需要多次循环多次，直到得到一定密浸渍热处理需要多次循环多次，直到得到一定密度的复合材料。度的复合材料。 沥青碳化率随沥青中高分子量化合物的增加而增加；沥青碳化率随沥青中高分子量化合物的增加而增加；随着碳化时压力的增加，沥青的碳化率有明显的提随着碳化时压力的增加，沥青的碳化率有明显的提高。高。压力沥青浸渍压力沥青浸渍 碳化工艺（碳化工艺（PIC）热等静压浸渍预）热等静压浸渍预制体，温度制体，温度650700，压力，压力7100Mpa。 陶瓷基体复合材料课件2)2)化学气相渗透法化学气相渗透法（CVI） 将碳氢

46、化合物，如甲烷、丙烷、天然气等通入预制将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、天然气等通入预制体，并使其分解，析出碳沉积在预制体中。有以下体，并使其分解，析出碳沉积在预制体中。有以下几种方法：几种方法： 等温法等温法 温度不能太高，碳的扩散速度低于沉积速度。碳温度不能太高，碳的扩散速度低于沉积速度。碳基体性能均匀，可批量生产，但时间长，容易产生裂纹基体性能均匀，可批量生产，但时间长，容易产生裂纹 l温度梯度法温度梯度法 接近预制体外表面温度最高，碳的沉积径接近预制体外表面温度最高，碳的沉积径向发展。沉积速度快，周期短，效率较低向发展。沉积速度快，周期短，效率较低 l差压法差压法 碳氢化合物在正压下导入预制

47、体，在预制体壁碳氢化合物在正压下导入预制体，在预制体壁两边产生压差，使气体流过间隙。两边产生压差，使气体流过间隙。 陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件扩散与沉积速度对空隙封闭影响扩散与沉积速度对空隙封闭影响 陶瓷基体复合材料课件CVI法缺点法缺点：沉积碳容易阻塞预制体上面的：沉积碳容易阻塞预制体上面的间隙，容易在基体内部形成密封的小孔，随间隙，容易在基体内部形成密封的小孔，随后长大成较大的空隙，降低复合材料的密度。后长大成较大的空隙，降低复合材料的密度。周期长。补救方法是与液体浸渍法联合应用。周期长。补救方法是与液体浸渍法联合应用。陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件3 3、石墨化处

48、理、石墨化处理对碳对碳/碳复合材料进行碳复合材料进行24002800的高温热处理，的高温热处理，使使N、H、O、K、Na 、Ca 等杂质溢出，碳发生晶等杂质溢出，碳发生晶格结构的转变。格结构的转变。石墨化处理后，碳碳复合材料的强度和热膨胀系数石墨化处理后，碳碳复合材料的强度和热膨胀系数均降低，热导率、热稳定性、抗氧化性以及纯度都均降低，热导率、热稳定性、抗氧化性以及纯度都有所提高。有所提高。石墨化程度主要取决于石墨化温度。石墨化处理使石墨化程度主要取决于石墨化温度。石墨化处理使许多闭气孔变为通孔，有利于进一步浸渍致密化。许多闭气孔变为通孔，有利于进一步浸渍致密化。陶瓷基体复合材料课件4 4、抗

49、氧化处理、抗氧化处理抗氧化涂层法抗氧化涂层法 在碳碳复合材料表面进行耐高在碳碳复合材料表面进行耐高温氧化材料涂层，阻止与碳碳复合材料的接触温氧化材料涂层，阻止与碳碳复合材料的接触 抑制剂法抑制剂法 在碳在碳/碳复合材料的基体材料中加入碳复合材料的基体材料中加入容易通过氧化而形成玻璃态的物质。高温下生容易通过氧化而形成玻璃态的物质。高温下生成的氧化物流动并填充复合材料的孔隙，从而成的氧化物流动并填充复合材料的孔隙，从而隔开碳与氧的接触和防止氧扩散隔开碳与氧的接触和防止氧扩散 陶瓷基体复合材料课件抑制剂法抑制剂法比较经济而有效的主要有比较经济而有效的主要有B2O3、B4C、Zr2B等硼化等硼化物。

50、硼氧化后形成物。硼氧化后形成B2O3类硼酸盐玻璃，具有低的类硼酸盐玻璃，具有低的粘度和熔点，很容易流动并填充复合材料的孔隙，粘度和熔点，很容易流动并填充复合材料的孔隙，从而隔开碳与氧的接触和防止氧扩散。从而隔开碳与氧的接触和防止氧扩散。 大都用于大都用于600 C以下的氧化防护，也可用于与高温以下的氧化防护，也可用于与高温涂层结合的复合抗氧化保护体系中。涂层结合的复合抗氧化保护体系中。 陶瓷基体复合材料课件抗氧化涂层法抗氧化涂层法防氧化涂层特性：防氧化涂层特性：l与复合材料适当的粘结性；与复合材料适当的粘结性；l与复合材料适当的热膨胀系数匹配，避免热循环造与复合材料适当的热膨胀系数匹配，避免热

51、循环造成热应力引起涂层剥落；成热应力引起涂层剥落；l低的氧扩散渗透率，即较高的阻止氧扩散能力；低的氧扩散渗透率，即较高的阻止氧扩散能力；l与复合材料的相容稳定性，防止与碳发生氧化还原与复合材料的相容稳定性，防止与碳发生氧化还原反应，和碳通过涂层扩散氧化；反应，和碳通过涂层扩散氧化；l低挥发性。低挥发性。 主要有硅基陶瓷涂层，如主要有硅基陶瓷涂层，如SiC、Si3N4等等陶瓷基体复合材料课件1500 C以下的抗氧化防护以下的抗氧化防护 SiC和和Si3N4类陶瓷是较好的抗氧类陶瓷是较好的抗氧化陶瓷涂层化陶瓷涂层1500 1800 C的抗氧化防护的抗氧化防护 比较成功的是硅基陶瓷复合涂比较成功的是

52、硅基陶瓷复合涂层，即层，即SiO2/SiC复合涂层。复合涂层。SiO2为复合涂层的外涂层，为复合涂层的外涂层，SiC为与复合材料接触的内涂层。为与复合材料接触的内涂层。1800 C以上的耐高温氧化材料主要有以上的耐高温氧化材料主要有ZrO2、HfO2、Y2O3和和ThO2。最外层是耐高温氧化物以保持高温稳定性和抗侵蚀；。最外层是耐高温氧化物以保持高温稳定性和抗侵蚀；次外层为低氧渗透率的次外层为低氧渗透率的SiO2作为氧阻挡层，并可封接最外作为氧阻挡层，并可封接最外层的裂纹；第三层为耐高温氧化物层，以保持结合性；最层的裂纹；第三层为耐高温氧化物层，以保持结合性；最底层为碳化物层底层为碳化物层陶瓷

53、基体复合材料课件三、三、C/C复合材料的性能复合材料的性能l属于脆性材料，断裂应变小，属于脆性材料，断裂应变小，0.122.4。但适但适量的界面结合强度，裂纹在界面偏转，材料表现量的界面结合强度，裂纹在界面偏转，材料表现出出“假塑性假塑性”， l膨胀系数小，高温热应力小，具有良好的尺寸稳膨胀系数小，高温热应力小，具有良好的尺寸稳定性。热导率高，为定性。热导率高，为574.6680.4kW/(m) )；比；比热高，随温度所上升而升高，可以存储热能热高，随温度所上升而升高，可以存储热能 l烧蚀热大，烧蚀率小烧蚀热大，烧蚀率小l碳碳/ /碳复合材料化学稳定性好。耐氧化能力差，可碳复合材料化学稳定性好

54、。耐氧化能力差，可以在表面涂抗氧化层或加入抗氧化物质以在表面涂抗氧化层或加入抗氧化物质。 陶瓷基体复合材料课件代表特性代表特性TOKAREC28S单位单位表现密度表现密度1.48g/cm3抗折强度抗折强度170Mpa抗拉强度抗拉强度100Mpa电阻率电阻率26 m导热率导热率2.8W/mk热膨胀系数热膨胀系数 （室温至（室温至450450）0.0810/TOKAREC碳碳_ _碳复合材料是一种由高强度碳素纤维和碳素碳复合材料是一种由高强度碳素纤维和碳素基质构成的材料。该材料具有出色的机械特性，适用于各种基质构成的材料。该材料具有出色的机械特性，适用于各种高温用途。高温用途。 陶瓷基体复合材料课

55、件 碳碳复合材料属碳碳复合材料属于脆性材料，其断于脆性材料，其断裂应变较小，在裂应变较小，在2.42.4以下。但是，其以下。但是，其应力应变曲线呈现应力应变曲线呈现出出“假塑性效应假塑性效应”。 陶瓷基体复合材料课件四、碳四、碳/ /碳复合材料的应用碳复合材料的应用 作为高温结构材料，耐高温，高温力学性作为高温结构材料，耐高温，高温力学性能好，烧蚀率低，可以用在航空航天的飞能好，烧蚀率低，可以用在航空航天的飞行器头部材料，作为航天发动机材料、刹行器头部材料，作为航天发动机材料、刹车材料车材料 在生物医学方面在生物医学方面 在人造关节、人造骨骼在人造关节、人造骨骼方面已经有了初步的应用。方面已经

56、有了初步的应用。 陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件碳碳/ /碳复合材料制造的刹车零件碳复合材料制造的刹车零件 陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件对于火箭来说，要求耐烧蚀的部位是发动机燃烧室和喷管对于火箭来说，要求耐烧蚀的部位是发动机燃烧室和喷管系统。由喷管喷出数干度的高温高压气体，把推进剂燃烧系统。由喷管喷出数干度的高温高压气体，把推进剂燃烧产生的热能转换为推进动能。产生的热能转换为推进动能。 陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件作业作业 碳碳复合材料的制备方法都有哪些步骤？碳碳复合材料的制备方法

57、都有哪些步骤？ C/C复合材料预制体渗碳都有哪些方法，各复合材料预制体渗碳都有哪些方法，各有什么优缺点？有什么优缺点？ C/C复合材料抗氧化处理都有那些方法？各复合材料抗氧化处理都有那些方法？各适用的温度是多少适用的温度是多少 C/C复合材料都要哪些性能特点？复合材料都要哪些性能特点？陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件陶瓷基体复合材料课件 实际材料断裂过程中，纤维的断裂实际材料断裂过程中，纤维的断裂并非发生在同一裂并非发生在同一裂纹平面纹平面，这样主裂纹还将沿纤维断裂位置的不同而发生裂，这样主裂纹还将沿纤维断裂位置的不同而发生裂纹转向。这也同样会使裂纹的扩展阻力增加，从而使韧性纹转向。这

58、也同样会使裂纹的扩展阻力增加，从而使韧性进一步提高。进一步提高。 单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维排列方向上的纵向单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维排列方向上的纵向性能较为优越，而其横向性能显著低于纵向性能，所以只性能较为优越，而其横向性能显著低于纵向性能，所以只适用于单轴应力的场合。而许多陶瓷构件则要求在二维及适用于单轴应力的场合。而许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向上均具有优良的性能，这就要进一步研究多向排三维方向上均具有优良的性能，这就要进一步研究多向排布纤维增韧陶瓷基复合材料。布纤维增韧陶瓷基复合材料。 陶瓷基体复合材料课件7.5 SiC基体材料基体材料 理论密度理论密度3.21g/cm3，

59、不同的制备工艺，碳化硅的致，不同的制备工艺，碳化硅的致密度不同，密度会略有减小密度不同，密度会略有减小材料材料制备温度制备温度/抗弯曲强度抗弯曲强度（室温，三（室温，三点）点）/MPa密度密度/(g/cm3)弹性模量弹性模量/ (103MPa)线膨胀系数线膨胀系数（201000）/（10-6）热压热压SiC180020007187603.193.204404.8CVD SiC涂层涂层120018007319932.953.21480重结晶重结晶SiC16001700约约1702.60206烧结烧结SiC（掺入掺入SiCB4C）19502100约约2803.11烧结烧结SiC（掺入（掺入B）19502100约约5403.104204.9反应烧结反应烧结SiC160017001594243.093.123804204.45.2陶瓷基体复合材料课件碳化硅常见制备方法碳化硅常见制备方法 1、反应烧结、反应烧结 用用-SiC粉末与碳混合，成型后放在盛有硅粉末与碳混合，成型后放在盛有硅粉的炉子中加热粉的炉子中加热16001700，利用，利用Si和和C的反应生成的反应生成-SiC与原有的与原有的-SiC结合在一起。结合在一起。2、热压烧结，加入、热压烧结，加入B4C、Al2O3烧结剂；烧结剂；3、常压烧结，在、常