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1、Cf/SiC陶瓷基复合材料发展状况曹英斌 张长瑞 陈朝辉 周新贵( 国防科技大学材料工程与应用化学系 长沙 410073)文 摘 Cf/SiC陶瓷基复合材料作为高温结构材料,在高性能发动机上具有潜在的应用前景。本文综述了制备Cf/SiC陶瓷基复合材料增强相碳纤维的发展;Cf/SiC复合材料的基本制备工艺及性能(包括力学性能、复合材料氧化性能、界面性质等);复合材料当前的应用等各方面的发展。最后指出了有待解决的问题和今后努力的方向。关键词 陶瓷基复合材料,碳纤维,陶瓷,应用ProgressofCa
2、rbonFiber2reinforcedSiCCompositesCaoYingbinZhangChangruiChenZhaohuiZhouXingui(DepartmentofMaterialsEngineeringandAppliedChemistry,NationalUniversityofDefenseTechnologyChangsha410073)AbstractCf/SiCCMCs,themajorcandidatematerialsusedforhightemperaturestru
3、ctureparts,havethepoten2tialapplicationsinaircraftpropulsionparts.Inthispaper,theresearchanddevelopmentstateofCf/SiCCMCsispre2sentedoncarbonfibersdevelopment,fabricatingmethod,mechanicalandinterfaceproperties,oxidationbehaviors,andapplicationsofthemater
4、ials,etc.Problemsforfurtherresearcheffortsarealsobrieflydiscussed.KeywordsCMCs,Carbonfiber,Ceramics,Applications前言断裂的缺点,提高了材料的断裂韧性;另一方面,它纤维增强陶瓷基复合材料(FRCMC)是近十年来保持了陶瓷基体耐高温、低膨胀、低密度、热稳定性发展起来的新兴研究领域,该类材料作为高温结构好的优点。因此,近十几年来,Cf/SiC复合材料的研材料,尤其作为航空航天飞行器需要承受极高温度
5、究有较快发展,用其材料制成的部件已在某些发动的特殊部位结构用材料(例如浮壁、喷管等)具有很机(M88)进行了成功的测试及应用。大的潜力。目前,国内外正在研究推重比大于10的本文从碳纤维的发展、复合材料的制备工艺、复高性能发动机,要进一步提高发动机的推重比,除了合材料的性能及材料的应用等几个方面作一综述。减轻发动机本身的自重外,主要依靠提高发动机的1 增强相碳纤维的发展工作温度来实现。工作温度的提高也将进一步提高碳纤维是一种重要的新材料,它于60年代出开[1]燃料的热效率,从而节约能源,到目前为止,用高
6、发成功,但受当时科学技术的限制,其成本高、性能[2]温合金制成的发动机很难达到这一要求。为此,差,仅适于做抗烧蚀部件一类的非结构部件。随着材料工作者把目光转向FRCMC,发现Cf/SiC陶瓷基科学技术的飞速发展,碳纤维的性能有了很大的提复合材料是制造推重比大于10发动机的理想耐高高,成本也大幅降低,世界各国不但将碳纤维用于非温结构材料。一方面,它克服了单一陶瓷材料脆性[3]结构部件方面,而且也延伸于结构部件领域。高收稿日期:1999-02-08曹英斌,1973年出生,博士研究生,主要从事陶瓷基复合材料
7、的研究工作—10—宇航材料工艺 1999年 第5期©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.[4,5]强高模的碳纤维首先在FRCMC中得到应用。先驱体裂解法可制备形状比较复杂的异型构与其他陶瓷纤维相比,碳纤维的高温性能是最好的。件;由于裂解时温度较低(1000℃左右),材料制备目前世界生产碳纤维的厂家和产品主要有:日本东过程中对纤维造成的热损伤和机械损伤小。但由于[6]丽公司生产的T系列、M系列及MJ系列纤维;美高温裂
8、解过程中小分子溢出,材料的孔隙率高,很难[7]国赫克里士高级材料与系统公司(HerculesAd2制备出完全致密的材料;从有机先驱体转化为无机vancedMaterialsCompany)生产的AS系列、IM系列及陶瓷过程中材料密度变化大(聚合物先驱体密度为33[16]HM系列纤维;美国AMOCO公司生产的P—X、T—X1.0g/cm,陶瓷化后密度为2.6g/cm),导致材[8]料体积收缩大(达50%～60%),收缩产生的内应力系列的纤维等。根据纤维的原
