SiC基復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀及其應用

SiC基復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀及其應用無機10-2班組員：張志剛趙超趙二偉《復合材料課程報告》之一、SiC基復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀二、纖維補強型SiC基復合材料

三、顆粒彌散增強SiC基復合材料四、存在問題以及研究方向五、參考文獻主要內(nèi)容一、SiC基復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀SiC基復合材料作為先進復合材料的重要組成部分,在現(xiàn)代高科技和國防現(xiàn)代化進程中都扮演著重要的角色,因此開展SiC基復合材料的研究與開發(fā),對我國航天高技術的發(fā)展,對新一代武器系統(tǒng)的研制以及對我國國防現(xiàn)代化的實現(xiàn)都有十分重大的意義。SiC具有良好的高溫性能、抗蠕變性能和低的熱膨脹系數(shù),使得SiC基復合材料成為熱結構材料的主要候選材料,受到世界各國的關注。主要應用領域1、高性能航空發(fā)動機和火箭發(fā)動機領域

2、空間光學領域3、核工業(yè)領域1、高性能航空發(fā)動機和火箭發(fā)動機領域

隨著高科技的發(fā)展,機械、電子、航空、航天和能源等工業(yè)部門對材料的耐磨性、耐腐蝕性和高溫性能等提出了越來越高的要求。許多國家研究了大量CMC一SIC構件如整體燃燒室、整體導向器、整體渦輪、導向葉片、渦輪間過渡機匣、尾噴管等國內(nèi)在熱結構陶瓷基復合材料的研究方面也取得了一定的成就。目前國內(nèi)研究的SIC基復合材料在制備工藝及力學性能方面都取得了長足的進展,己達到或接近國際先進水平,但在應用方面與國外先進水平差距還比較大2、空間光學領域美國、俄羅斯、德國、法國等國家從20世紀80年代初開始進行siC材料在反射鏡方面的應用研究。美國聯(lián)合技術光學系統(tǒng)公司UTOS)和其他公司曾率先開發(fā)用于軍用高功率激光器反射鏡材料的SIC。經(jīng)過十多年的努力,成功地研制出直徑達1.2m,表面粗糙度達70翔mKMs,面密度達10kg/mZ的高度輕量化的碳化硅反射鏡。碳化硅反射鏡的發(fā)展,為空間光學的輕型化奠定了基礎。國內(nèi)在空間光學系統(tǒng)領域也進行了積極的研究。制備出直徑300nun衛(wèi)星發(fā)射鏡坯體,其表面光潔度達到了國際先進水平,目前正在向大尺寸衛(wèi)星反射鏡的應用方面發(fā)展。3、核工業(yè)領域SiC基復合材料以其低活性、抗輻射能力強,較高的熱導率等方面的優(yōu)異性能,在核應用方面同樣顯示出很好的發(fā)展?jié)摿?。SIC基復合材料的熱導率和氖核保留率比當今用作等離子體面板部件的的先進C/C復合材料低的多。siC/siC復合材料具有很低的感應放射性和余熱,同時具有高溫運行條件卜的高性能特征。

二、纖維補強型SiC基復合材料

纖維補強型SiC基復合材料由于SiC纖維和C纖維具有比強度和比模量高，耐高溫等特點，因此，纖維補強SiC基復合材料主要以SiC纖維和C纖維為主。CMC-SiC被認為是繼C/C復合材料后發(fā)展的又一戰(zhàn)略性材料，可以大幅度提高先進武器的裝備性能。此外，在核能、高速剎車、高溫交換器等有廣泛的應用潛力。1、SiC纖維補強型SiC基復合材料

SiC纖維補強型SiC基復合材料SiC纖維補強型SiC基復合材料的制備方法主要有CVI(chemicalvaporinfiltration)、FCVI(theforced-flowchemicalvaporinfiltration)、PIP(polymerimpregnationandpyrolysis)等方法。其中CVI法是常用的方法，用CVI制備的材料具有密度低，均勻性較差等特點，于是發(fā)展了FCVI法，F(xiàn)CVI是一種較新的工藝，它具有得到的材料純度較高，孔隙率降低等特點。材料所處的環(huán)境制約著其自身的性能，SiC基復合材料有望在航空、航天、宇宙等環(huán)境下應用，因此，對SiCf/SiC性能的研究最近幾年主要集中在SiC基復合材料的抗輻射性能，彎曲和斷裂韌性，疲勞性能。2、C纖維補強型SiC基復合材料C纖維補強型SiC基復合材料的制備方法和SiC纖維補強型SiC基復合材料的制備方法基本相同，主要有CVI、FCVI、PIP等方法。C/SiC復合材料具有優(yōu)異的力學行為，其斷裂行為展示出類似于金屬的斷裂行為(如圖1所示)。不僅常溫力學優(yōu)良，同時還有好的高溫力學性能(如圖2所示)。斷裂行為高溫力學性能三、顆粒彌散增強SiC基復合材料由于纖維增強型材料的制備工藝復雜，難度高，成本高，為了尋求低成本的材料制備，人們把目光轉向了顆粒彌散性復合材料的制備。二元化合物增強SiC基復合材料三元化合物結合SiC基復合材料1、二元化合物增強SiC基復合材料

對于SiC陶瓷基復合材料，最初是SiC與TiC結合得到了性能優(yōu)良的陶瓷基復合材料。現(xiàn)在，二元化合物增強的SiC基復合材料其增強相主要是TiC、WC、TiB2、B4C、MoSi2等由于原位合成可以獲得晶粒細小，分布均勻的陶瓷材料；保證了界面的牢固結合，使裂紋界面擴展阻力增大，從而使陶瓷的韌性得以提高，因此，原位合成技術將是材料制備的主流2、三元化合物結合SiC基復合材料

近年來具有層狀結構的三元化合物Ti3SiC2由于同時具有金屬和陶瓷的許多優(yōu)良性能而受到廣泛的關注，將Ti3SiC2加入SiC材料中原位制備復相陶瓷成為了研究的熱點之一。西南交通大學長期致力于研究Ti3SiC2/SiC復相陶瓷的制備和高溫力學性能、高溫抗氧化性能等高溫力學性能的研究。利用熱等靜壓原位合成技術制備的Ti3SiC2/SiC復相陶瓷，對其高溫氧化行為進行了研究。四、存在問題以及研究方向

SiC復合材料作為承力件還沒有大規(guī)模的工業(yè)應用,且只有一般力學性能方面的有限數(shù)據(jù),如強度和疲勞特性。例如,將其應用于核聚變反應堆的極端環(huán)境(如第一層器壁或轉盤)是不成熟的。對于纖維補強型SiC基高性能材料，將關注以下三方面：1）加強對纖維與基體之間的界面結合的研究。2）對現(xiàn)有的CVI和FCVI等制備方法進一步進行系統(tǒng)優(yōu)化，以提高材料性能，降低成本。3）更注重在惡烈環(huán)境下研究材料性能與環(huán)境之間的相互關系，揭示其環(huán)境對材料的作用機理。這些惡烈環(huán)境主要包括中子輻射環(huán)境、1400℃及更高的高溫環(huán)境、潮濕環(huán)境、應力腐蝕環(huán)境。對于顆粒彌散增強型SiC基高性能材料，將關注以下三方面：1）增強相由二元化合物向三元化合物發(fā)展，兩相向多相發(fā)展。2）制備技術向原位合成方向發(fā)展。3）更關注于SiC基高性能材料的高溫性能。SiC基高性能材料的高溫力學性能、高溫抗氧化性能、高溫磨損性能的研究將成為熱點研究。五、參考文獻《SiC基高性能材料的研究進展》郭雙全，朱德貴，李金火，孫紅亮（西南交通大學材料先進技術教育部重點實驗室，成都610031）《SIC基復合材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》周新貴張長瑞“鄒世欽“周長城中南大學粉末冶金研究院湖南“于海蛟“黃伯云長沙4100832國防科技大學航天與材料工程學院湖南長沙410073《SIC基復合材料連接技術的研究進展》藍新艷,王浩,李效東(國防科技大學CFC國防科技重點實驗室,長沙4100721)《TiC顆粒增韌SiC基復合材料及其冷處理研究》穆柏春(遼寧工學院材料工程系,錦州121001)《單向纖維增強SiC基復合材料界面微結構的研究》馬江,周新貴,張長瑞,曹英斌（國防科學技術大學航天與材料工程學院先進陶瓷纖維及復合材料重點實驗室,長沙410073)《混雜纖維增韌SiC基復合材料的強度分布》劉善華，張立同，劉永勝，殷小瑋，成來飛，李輝，孟志新(西北工業(yè)大學超高溫結構復合材料重點實驗室，西安)《聚碳硅烷先驅體制備SIC基復合材料的性能研究》’陳朝輝張長瑞馮春祥張凌劉成民(材料科學與應用化學系)《CSCVI法制備C布增韌SiC基復合材料及其微觀結構》肖
鵬1,徐永東2,黃伯云1(1.中南大學粉末冶金國家重點實驗室,湖南長沙410083;2.西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室,陜西西安710072)《Cf/SiC陶瓷基復合材料的制備工藝研究》周長城，張長瑞，胡海峰，張玉娣，王志毅(國防科技大學新型陶瓷纖維及其復合材料國防科技重點實驗室，湖南長沙410073)《SiC晶須增韌陶瓷基復合材料的研究進展》李喜寶,柯昌明,李
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