陶瓷基复合材料的发展及发展前沿

1、 陶瓷基复合材料的发展及发展前沿1引言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。 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。 2 发展及应用随着电子工业的快速发展和宇宙开发，原子能工

2、业的兴起，以及激光技术、传感技术、光电技术等新技术的出现。传统陶瓷无论在性能、品种和质量等方面都不能满足需求，传统陶瓷便进行了一系列的改变与创新，这便形成了目前的陶瓷基复合材料。作为近年来迅速发展起来的一种新型材料，是一个新的研究领域，它的优点而弥补或部分弥补了彼此的缺点，而备受人们的关注。u 陶瓷基复合材料的基体：陶瓷基复合材料的基体就是陶瓷，目前被人们研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，他们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。陶瓷材料中的化学键往往是介于离子键与共价键之间的混合键。u 陶瓷基复合材料的增强体由于陶瓷基复合材料的断裂韧性和耐冲击性差,大大妨碍了其在结构件上

3、的应用。到80年代,找到了陶瓷基复合材料的增韧物质之后,这才有所改变。陶瓷基复合材料中的增强体通常称为增韧体。从几何尺寸课分为纤维、晶须、颗粒三类，下面分别加以介绍。l 碳纤维作为增强体碳纤维主要用在吧强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件，在1500温度下，碳纤维人能保持性能不变。除了碳纤维还有许多常用纤维如玻璃纤维、硼纤维等不同性能的纤维作为增强体。l 晶须类增强体晶须的特点是没有微裂纹、位错、孔洞和表面损伤等缺陷。陶瓷基复合材料中使用较为普遍的是SiC、Al2O3等晶须。l 颗粒类增强体通常用的较多的是SiC、Si3N4等。颗粒的增韧效果虽然不如纤维和晶须，但颗粒种类、粒径、含量及

4、基体材料选择适当仍会有一定的韧化效果，同时还会带来高温强度，高温蠕变性能的改善。u 陶瓷基复合材料的应用：目前，陶瓷基复合材料的潜在应用领域非常广泛,包括宇航、国防、能源、汽车工业、环保、生物、化学工业等。 l 在食品工业用作罐头盒接缝滚子罐头盒穿孔器。柱塞。耐磨密封垫赤铁矿选矿工艺真空轴套。悬垂轴承和单向阀门。l 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。而且材料烧成后不需要加工表面即很光洁并耐高温；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

5、热陶瓷基片；在冶金工业。利用稳定剂与ZrO2形成固溶体产生氧空位。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。l 在航空航天领域中的应用地球轨道火箭发动机涡轮采用纤维增强的CMC(FRCMC)可增加的效益。火箭发动机涡轮泵受热部件采用FRCMC提高发动机的性能;增加飞行器(导弹)的有效载荷;提高部件的工作寿命和设计灵活性。3 发展前景 陶瓷基复合材料具有良好的抗热震性和抗氧化性，高温下高的屈服点和塑性，在高温结

6、构方面的应用更具有优势，如涡轮机叶片和定子，以及陶瓷发动机等；由于其好的可加工性和高温下的高强度，它还是目前使用的可加工陶瓷的很好的替代品；陶瓷基复合材料好的导电性和抗热震性使它在熔融金属的电极材料的应用方面也有很大的潜力。此外，利用陶瓷基复合材料高的导电率、好的导热性，使得铜基材料不仅得到加强，而且不影响铜基材料的电学性能。所以说陶瓷基复合材料是一种非常有潜在开发价值的材料。 对于陶瓷基复合材料的发展我提出几个建议:寻找更好的制备工艺,以降低制备周期及制备成本、减少纤维的损伤、改善纤维与基体的界面和进一步提高材料的各项性能；对材料在高温氧化环境中的氧化行为及机理进行研究,找出提高材料抗氧化性能的涂层材料及其制