陶瓷基復(fù)合材料及其應(yīng)用

1、陶瓷基復(fù)合材料及其應(yīng)用,復(fù)材1302 組長：李昱 組員：王博生 高磊 張藝璇 朱菲,一、陶瓷基復(fù)合材料的概述,1、陶瓷基復(fù)合材料概述定義,陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復(fù)合的一類復(fù)合材料。 陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。 這些先進(jìn)陶瓷具有耐高溫、高強(qiáng)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(diǎn)是具有脆性，處于應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，會產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂導(dǎo)致材料失效。 陶瓷基復(fù)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(tuán)和增強(qiáng)體）材料。 陶瓷基復(fù)合材料強(qiáng)韌化的途徑有：顆粒彌散、纖維（晶須）補(bǔ)強(qiáng)增韌、層狀復(fù)合增韌。,返回,2、陶瓷基復(fù)合材料概述分類,返回,(

2、1)按材料作用,返回,(2)按增強(qiáng)材料形態(tài),刀片,剎車片,玻璃纖維加強(qiáng)陶瓷布,返回,(3)按基體材料,返回,3、陶瓷基復(fù)合材料概述特點(diǎn),特點(diǎn)：1強(qiáng)度和斷裂韌性高，2斷裂能大時(shí)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(qiáng)度均勻，6基體斷裂應(yīng)變性能好 突出特點(diǎn)：使用溫度范圍廣和高溫強(qiáng)度高：在高溫下長時(shí)間不發(fā)生蠕變，并能在溫度反復(fù)變化下保持優(yōu)異的耐沖性能。,返回,增韌機(jī)理,陶瓷晶體的鍵合類型只要是離子鍵和共價(jià)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(yīng)變、斷裂韌性很低。陶瓷結(jié)構(gòu)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(fù)合后提高了韌性，包括：基體預(yù)

3、壓應(yīng)力增韌、裂紋擴(kuò)展受阻、纖維拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)、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(fù)合材料的成型加工,陶瓷基復(fù)合材料成型方法,1、熱壓燒結(jié),2、熱等靜壓燒結(jié),陶瓷基復(fù)合材料成型方法,3、固相反應(yīng)燒結(jié)、,4、料漿浸漬熱壓,陶瓷基復(fù)合材料成型方法,5、電泳沉積,6、溶膠凝膠,陶瓷基復(fù)合材料成型方法,7、高聚物先驅(qū)體熱解,8、化學(xué)氣相沉積,陶瓷基復(fù)合材料成型方法,9、無壓燒結(jié),10、注射成型,陶瓷基復(fù)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(jié),熱壓燒結(jié)法,返回,三、陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用,現(xiàn)狀： 發(fā)動機(jī)用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料的研究與開發(fā)。

4、 先進(jìn)高溫?zé)釞C(jī)材料計(jì)劃(HITEMP )、先進(jìn)渦輪技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃、美國國家宇航計(jì)劃( NASP)、美國國防關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃以及日本的月光計(jì)劃 目前導(dǎo)彈、無人駕駛飛機(jī)以及其它短壽命的陶瓷渦輪發(fā)動機(jī)正處在最后研制階段 我國已形成具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的CMC- S iC制造技術(shù)和設(shè)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(fù)雜構(gòu)件的能力, 多種構(gòu)件通過了發(fā)動機(jī)環(huán)境的考核, 材料性能和整體研究水平躋身國際先進(jìn)行列。,陶瓷基復(fù)合材料已實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域有刀具、發(fā)動機(jī)制件、航天領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)、以及其他領(lǐng)域。法國已將長纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料應(yīng)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(fù)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(fù)合材料應(yīng)用于切削刀具、 閥及閥座、泵襯及擠壓模具等, 其 性能遠(yuǎn)優(yōu)于硬質(zhì)合金和普通陶瓷材 料。其中應(yīng)用得最普遍的要算切削 刀具類, 它幾乎占工程陶瓷產(chǎn)量的2 /3。,返回,發(fā)動機(jī)制件,工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)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(chǎn)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(jī)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(fù)合材料制造的活塞，高溫強(qiáng)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(yīng)用前景。,返回,航天領(lǐng)域,具有良好的耐熱性和在高溫 下比強(qiáng)度高的特性，可用來 制造飛機(jī)發(fā)動機(jī)零部件，提 高發(fā)動機(jī)性能。它還具有比 模量高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)， 而且克服了其脆性弱點(diǎn)， 抗 熱震沖擊能力顯著增強(qiáng)。用 于航天防熱結(jié)構(gòu)， 可實(shí)現(xiàn)耐 燒蝕、隔熱和結(jié)構(gòu)支撐等多 功能的材料一體化設(shè)計(jì)， 大 幅度減輕系統(tǒng)重量， 增加運(yùn) 載效率和使用壽命， 或者提 高導(dǎo)彈武器的射程和作戰(zhàn)效能。,返回,生物醫(yī)學(xué),近年來， 臨床廣泛應(yīng)用種植牙修復(fù)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(fù)方法， 其中同種異體骨如脫礦骨等曾在口腔外科中廣泛應(yīng)用， 取得了一定的修復(fù)效果， 但有人認(rèn)為存在潛在的傳播疾病的危險(xiǎn)。若將異體骨經(jīng)高溫鍛燒陶瓷化處理， 消除了傳播疾病的潛在危險(xiǎn)， 其組成成分完全為人體正常骨組織無機(jī)成分， 具有良好的組織相容性， 對促進(jìn)骨組織修復(fù)具有重要意義。另外，生物活性陶瓷復(fù)合人工骨也具有良好的臨床應(yīng)用前景。,返回,其他方面,返回,四、陶瓷基復(fù)合材料的發(fā)展前景,陶瓷基復(fù)合材料的制備存在著很多問題。在高溫、高壓下制備出的復(fù)合材料雖然可以保證材料的致密性，但同時(shí)也對纖維造成一定的損傷；降低制備溫度，低壓下制備復(fù)合材料，使得基體孔隙率高，嚴(yán)重影響復(fù)合