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1、《工程材料》课程读书报告课题名称：碳纤维增强碳化硅陶瓷基姓名：学院：学号:指导老师：完成时间：碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料摘要：碳纤维作为一种新型的材料，其优异的增强性能在很多领域得到了广泛的应用。陶瓷材料的脆性是其致命弱点，通过碳纤维补强增韧陶瓷基复合材料是材料学术界关注的热点之一，本文将对有关碳纤维增强碳化硅陶瓷的有关信息简单介绍关键词：关键词碳纤维增强陶瓷复合材料陶瓷基复合1引言.引言陶瓷材料因其具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温和抗腐蚀等优异性能，能应用于高温和某些苛刻环境中，被誉为“面向21世纪的新材
2、料”，作为陶瓷的家族中的一员，碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度而被广泛用于高温和某些苛刻的环境中,尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位具有很大的潜力。但是,陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力,在断裂过程中除了产生新的断裂表面吸收表面能以外,几乎没有其它吸收能量的机制,这就严重限制了其作为结构材料的应用。。碳纤维具有比强度高、比模量大、高温力学性能和热性能良好等优点,在惰性气氛中2000℃时仍能保持强度基本不下降。用碳纤维增强碳化硅复合材料,材料在断裂的过程中通过纤维拔出、纤维桥联、
3、裂纹偏转等增韧机制来消耗能量,使材料表现为非脆性断裂。Cf/SiC复合材料综合了碳纤维优异的高温性能和碳化硅基体高抗氧化性能,受到了世界各国的高度关注,并广泛应用在航空、航天、光学系统、交通工具(刹车片、阀)等领域。2.碳纤维材料简介2.1碳纤维的结构与性能碳纤维是指碳质量分数在90%~95%之间的无机高分子纤维，是一种新型非金属材料，具有耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、强度高、纤维密度低等特点。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷、混凝土等基体复合，构成复合材料，用作航空航天、汽车、体育器械、纺织、化工机械及医学等领域
4、的结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，以及在要求化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。与传统材料相比，碳纤维是一种力学性能优异的新材料，其高强度（是一般金属的3~5倍）、高模量、低密度（是一般金属的1/4~1/5）的特性，使其成为减重、增强的最佳材料；较高的热稳定性（惰性稳定至2000℃，空气中400℃缓慢氧化）和化学惰性，使其具有耐烧蚀和耐腐蚀的优势；由于碳纤维具备纺织纤维的柔软可加工性，与金属、陶瓷、玻
5、璃纤维等有良好亲合性，可适应不同构件形状，成型方便；此外，碳纤维还具备抗疲劳强度高、热膨胀系数小、电阻率小等特性。图1为碳纤维与传统材料的性能比较。碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维；按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。2.2增强相碳纤维的研究虽然我
6、国研制碳纤维已有30余年的历史,但仅初步建立起工业雏形,生产的碳纤维质量至今仍处于低水平,关键原因是碳纤维原丝质量没有过关。碳纤维的性能在很大程度上取决于原丝的质量。原丝缺陷如表面横向裂纹、横向褶皱、轴向裂纹、皮芯结构、表面沉积物、并丝等都会“遗传”给碳纤维,使力学性能下降。因此,要想生产出质量高且性能稳定的碳纤维,今后必须加强对高性能碳纤维原丝的研究。碳纤维与基体间存在一系列界面问题:如界面润湿性差,化学、物理相容性差等,极大地影响着复合材料的力学性能,且碳纤维未经表面处理前,其活性比表面积小(一般小于1m2/
7、g),表面能低,表面呈现出憎液性,限制了碳纤维高性能的发挥，为了提高碳纤维的表面化学活性,增强碳纤维表面与基体的结合能力,进而提高目前,碳纤维表面改性处理主要有表复合材料的性能,对碳纤维进行表面处理是很有必要的。面氧化处理、表面涂层处理、表面生长晶须等方法。在研究的诸多碳纤维表面处理方法中,空气氧化法简单,耗时少,但操作弹性小,氧化反应不易控制;液相氧化法主要是采用硝酸、酸性重铬酸钾、次氯酸钠等强氧化性液体,对碳纤维表面进行处理,处理比较温和,不过耗时较长;电化学氧化法简单易操作,处理条件温和并易于控制,处理效果
8、明显。表面涂层处理是对碳纤维表面沉积一层无定形碳来提高其界面粘结性能,多采用气相沉积技术,操作较复杂,周期长。王毅强等为了改善纤维与基体界面的结合状态,研究了表面处理对C/SiC单向复合材料力学性能的影响。结果表明,经过1800℃处理后的纤维表面粗糙度变大,表面沟槽加深,复合材料的拉伸强度是未经表面处理纤维复合材料拉伸强度的2.4倍;纤维表面沉积热解炭后表面粗糙度减弱,其
