陶瓷基复合材料标准论文

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1、张峰Z09016133陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料概述：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。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。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

2、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。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。陶瓷基复合材料制造工艺1粉末冶金法工艺流程：原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂）®均匀混合（球磨、超声等）®冷压成形®（热压）烧结适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料2浆体法（湿态法）为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题，可采用浆体（湿态）法制备颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料。   其混合体为浆体形式。混合体

3、中各组元保持散凝状。即在浆体中呈弥散分散采用浆体浸渍法也可制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料3反应烧结法用此方法制备陶瓷基复合材料，除基体材料几乎无收缩外，还具有以下优（1）增强剂的体积比可以相当大；（2）可用多种连续纤维预制体；（3）大多数陶瓷基复合材料的反应烧结温度低于陶瓷的烧结温度，因此可避免纤维的损伤。   此方法最大的缺点是高气孔率难以避免。4、液态浸渍法用此方法制备陶瓷基复合材料，化学反应熔体粘度、熔体对增强材料的浸润性是首要考虑的问题，这些因素直接影响着材料的性能。陶瓷熔体可通过毛细作用渗入增强剂预制体的孔隙。施加

4、压力或抽真空将有利于浸渍过程。假如预制体中的孔隙呈一束束有规则间隔的平行通道，则可用Poisseuiue方程计算出浸渍高度h：h=√（γrtcosθ）/2η式中r是圆柱型孔隙管道半径；t是时间；γ是浸渍剂的表面能；θ是接触角；η是粘度。5、直接氧化法按部件形状制备增强体预制体，将隔板放在其表面上以阻止基体材料的生长。熔化的金属在氧气的作用下发生直接氧化反应形成所需的反应产物。由于在氧化产物中的空隙管道的液吸作用，熔化金属会连续不断地供给到生长前沿。Al+空气Al2O3Al+氮气®AlN6、溶胶–凝胶（Sol–Gel）法溶胶–

5、凝胶法也可以采用浆体浸渍法制备增强相预制体。溶胶–凝胶法的优点是基体成分容易控制，复合材料的均匀性好，加工温度较低。其缺点是所制的复合材料收缩率大,导致基体经常发生开裂。7、化学气相浸渍（CVI）法用CVI法可制备硅化物、碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等陶瓷基复合材料。由于制备温度比较低，不需外加压力。因此材料内部残余应力小，纤维几乎不受损伤。如可在800~1200°C制备SiC陶瓷。其缺点是生长周期长、效率低、成本高、材料的致密度低等。8、其它方法1）聚合物先驱体热解法以高分子聚合物为先驱体成型后使高分子先驱体发生热解反应

6、转化为无机物质，然后再经高温烧结制备成陶瓷基复合材料。此方法可精确控制产品的化学组成、纯度以及形状。最常用的高聚物是有机硅（聚碳硅烷等）。制备增强剂预制体、浸渍聚合物先驱体、热解……®再浸渍、再热解……陶瓷粉+聚合物先驱体、均匀混合、模压成型、热解……陶瓷基复合材料的性能1、室温力学性能1）拉伸强度和弹性模量对陶瓷基复合材料来说陶瓷基体的失效应变低于纤维的失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起的开裂。如图10-11所示，材料的拉伸失效有两种：第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基体较裂纹穿过纤维扩展，导

7、致突然失效。第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维扩展。纤维失效前纤维/基体界面在基体的裂纹尖端和尾部脱粘。因此，基体开裂并不导致突然失效，材料的最终失效应变大于基体的失效应变。2）断裂韧性纤维拔出与裂纹偏转是复合材料韧性提高的主要机制。纤维含量增加，阻止裂纹扩展的势垒增加，断裂韧性增加。但当纤维含量超过一定量时，纤维局部分布不均，相对密度降低，气孔率增加，其抗弯强度反而降低。2、高温力学性能1）强度　　室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不变，然后

8、强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升高从室温的137GPa降到850℃的80GPa。这一变化显然与材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。陶瓷基复合材料的应用1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；2在纺织工业用作