陶瓷基復合材料及其應用

1、陶瓷基復合材料及其應用,復材1302 組長：李昱 組員：王博生 高磊 張藝璇 朱菲,一、陶瓷基復合材料的概述,1、陶瓷基復合材料概述定義,陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料。 陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結構陶瓷。 這些先進陶瓷具有耐高溫、高強度和剛度、相對重量較輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能，而其致命的弱點是具有脆性，處于應力狀態(tài)時，會產生裂紋，甚至斷裂導致材料失效。 陶瓷基復合材料指：為獲得單相陶瓷材料所不具備的性能的人工制造的兩相（基團和增強體）材料。 陶瓷基復合材料強韌化的途徑有：顆粒彌散、纖維（晶須）補強增韌、層狀復合增韌。,返回,2、陶瓷基復合材料概述分類,返回,(

2、1)按材料作用,返回,(2)按增強材料形態(tài),刀片,剎車片,玻璃纖維加強陶瓷布,返回,(3)按基體材料,返回,3、陶瓷基復合材料概述特點,特點：1強度和斷裂韌性高，2斷裂能大時不發(fā)生突然性斷裂，3高溫下保持常溫性能，4康景太和動態(tài)疲勞性優(yōu)異，5強度均勻，6基體斷裂應變性能好 突出特點：使用溫度范圍廣和高溫強度高：在高溫下長時間不發(fā)生蠕變，并能在溫度反復變化下保持優(yōu)異的耐沖性能。,返回,增韌機理,陶瓷晶體的鍵合類型只要是離子鍵和共價鍵。與金屬相比，可活動的滑移系的多，因此陶瓷材料的斷裂應變、斷裂韌性很低。陶瓷結構中院子的排列決定它缺乏像金屬那樣的塑性變形能力。加入纖維復合后提高了韌性，包括：基體預

3、壓應力增韌、裂紋擴展受阻、纖維拔出、裂紋偏轉、相變增韌、纖維/基體界面解離、纖維橋連增韌、微裂紋增韌,返回,二、陶瓷基復合材料的成型加工,陶瓷基復合材料成型方法,1、熱壓燒結,2、熱等靜壓燒結,陶瓷基復合材料成型方法,3、固相反應燒結、,4、料漿浸漬熱壓,陶瓷基復合材料成型方法,5、電泳沉積,6、溶膠凝膠,陶瓷基復合材料成型方法,7、高聚物先驅體熱解,8、化學氣相沉積,陶瓷基復合材料成型方法,9、無壓燒結,10、注射成型,陶瓷基復合材料成型方法,11、自蔓延高溫合成法,12、直接氧化成型法,熱壓燒結,熱壓燒結法,返回,三、陶瓷基復合材料的應用,現(xiàn)狀： 發(fā)動機用高溫結構陶瓷復合材料的研究與開發(fā)。

4、 先進高溫熱機材料計劃(HITEMP )、先進渦輪技術應用計劃、美國國家宇航計劃( NASP)、美國國防關鍵技術計劃以及日本的月光計劃 目前導彈、無人駕駛飛機以及其它短壽命的陶瓷渦輪發(fā)動機正處在最后研制階段 我國已形成具有獨立知識產權的CMC- S iC制造技術和設備體系, 發(fā)展了4種牌號的CMC - S iC, 并具有制備大型、薄壁、復雜構件的能力, 多種構件通過了發(fā)動機環(huán)境的考核, 材料性能和整體研究水平躋身國際先進行列。,陶瓷基復合材料已實用化或即將實用化的領域有刀具、發(fā)動機制件、航天領域、生物醫(yī)學、以及其他領域。法國已將長纖維增強碳化硅復合材料應用于制造高速列車的制動件, 顯示出優(yōu)異的

5、摩擦磨損特性, 取得滿意的使用效果。C/ SiC 陶瓷基復合材料用在剎車材料、作衛(wèi)星反射鏡用材料等。,刀具,陶瓷基復合材料應用于切削刀具、 閥及閥座、泵襯及擠壓模具等, 其 性能遠優(yōu)于硬質合金和普通陶瓷材 料。其中應用得最普遍的要算切削 刀具類, 它幾乎占工程陶瓷產量的2 /3。,返回,發(fā)動機制件,工程機械內燃機由于長期工作在高溫高壓下， 活塞與活塞環(huán)、 缸壁間不斷產生摩擦 、 潤滑條件不充分，工作條件非常惡劣， 尤其是在大功率的發(fā)動機中， 普通的鑄鐵或鋁合金活塞易燃易發(fā)生變形， 疲勞熱裂。用陶瓷基復合材料制造的活塞，高溫強度和抗熱疲勞性能明顯提高，并且具有較低的線脹系數(shù)，提高了活塞的工作穩(wěn)定

6、性和使用壽命，具有廣闊的應用前景。,返回,航天領域,具有良好的耐熱性和在高溫 下比強度高的特性，可用來 制造飛機發(fā)動機零部件，提 高發(fā)動機性能。它還具有比 模量高、熱穩(wěn)定性好的特點， 而且克服了其脆性弱點， 抗 熱震沖擊能力顯著增強。用 于航天防熱結構， 可實現(xiàn)耐 燒蝕、隔熱和結構支撐等多 功能的材料一體化設計， 大 幅度減輕系統(tǒng)重量， 增加運 載效率和使用壽命， 或者提 高導彈武器的射程和作戰(zhàn)效能。,返回,生物醫(yī)學,近年來， 臨床廣泛應用種植牙修復牙齒缺失， 種植區(qū)骨量不足成為牙種植外科面臨的常見問題。為解決這一問題， 人們研究了多種骨修復方法， 其中同種異體骨如脫礦骨等曾在口腔外科中廣泛應用， 取得了一定的修復效果， 但有人認為存在潛在的傳播疾病的危險。若將異體骨經高溫鍛燒陶瓷化處理， 消除了傳播疾病的潛在危險， 其組成成分完全為人體正常骨組織無機成分， 具有良好的組織相容性， 對促進骨組織修復具有重要意義。另外，生物活性陶瓷復合人工骨也具有良好的臨床應用前景。,返回,其他方面,返回,四、陶瓷基復合材料的發(fā)展前景,陶瓷基復合材料的制備存在著很多問題。在高溫、高壓下制備出的復合材料雖然可以保證材料的致密性，但同時也對纖維造成一定的損傷；降低制備溫度，低壓下制備復合材料，使得基體孔隙率高，嚴重影響復合