碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料地研究进展及应用

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1、第28卷第6期硅酸盐通报Vol.28No.62009年12月BULLETINOFTHECHINESECERAMICSOCIETYDecember,2009碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用何柏林,孙佳(华东交通大学载运工具与装备省部共建教育部重点实验室,南昌330013)摘要:碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有密度低、高强度、高韧性和耐高温等综合性能,已得到世界各国高度重视。本文综述了碳纤维的研究进展,Cf/SiC复合材料的制备方法,并分析了各种制备方法的优缺点。概述了Cf/SiC复合材料作为高温热结构材料和制动材料的应用状况。最后,指出了有待解决

2、的问题和今后的主要研究方向。关键词:Cf/SiC复合材料;制备方法;应用中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:100121625(2009)0621197206ProgressandApplicationofCarbonFibersReinforcedSiliconCarbideCeramicMatrixCompositesHEBo2lin,SUNJia(KeyLaboratoryofConveyanceandEquipment,MinistryofEducation,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013

3、,China)Abstract:Carbonfibersreinforcedsiliconcarbideceramicmatrixcompositeshavereceivedintensiveinterestduetotheirexcellentpropertiessuchaslowdensity,highstrengthandtoughness,oxidationresistances.Thedevelopmentofcarbonfiberswasreviewed.TheseveralpreparationmethodsofCf/SiCcompositesw

4、ereintroduced.Theadvantageanddisadvantagedofeverymethodwereanalyzed.TheapplicationofCf/SiCcompositesweredescribedastheoutstandinghightemperaturestructurematerialsandbrakingmaterials.Finally,problemsforfurtherresearchandkeystudyaspectsinthefuturewerepointedout.Keywords:Cf/SiCcomposit

5、es;preparationmethods;application1引言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、裂纹偏转

6、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、光基金项目:江西省教育厅科研基金项目(赣教技字[2007]426号)作者简介:何柏林(19622),男,博士,教授.主要从事陶瓷基复合材料的研究.E2mail:hebolin@163.com1198综合评述硅酸盐通报第28卷学系统、交通工具(刹车片、阀)等领域。2增强相碳纤维的研究进展碳纤维是有机纤维或沥青基材料经碳化和石墨化处理后形成的含碳量在85%以上的碳素纤维,是20世纪50年代为满足航空

7、航天等尖端领域的需要而发展起来的一种特种纤维。目前,碳纤维的生产原料分为三大体系:聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维。其中聚丙烯腈基碳纤维因其一系列优势居主导地位,粘胶基碳纤维由于生产率低、性能差等原因已逐步被淘汰,而沥青基碳纤维由于原料资源丰富,含碳量高及碳化率高,成本低,正在被重视。聚丙烯腈基碳纤维是高强度碳纤维,沥青基碳纤维则是高模量型。虽然我国研制碳纤维已有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

8、裂纹、皮芯结构、表面沉积物、并丝等都会