莫来石基复合材料研究进展

《莫来石基复合材料研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据第32卷第4期2011年12月《陶瓷学报》JOURNALOFCERAMICSV01．32．No．4Dec．2011文章编号：1000—2278(2011)O伽615_06莫来石基复合材料研究进展陈树刚1马青松·刘卫东2刘海韬1．2(1．国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室，湖南长沙410073；2．国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室，湖南长沙410073)摘要莫来石(3A120．，"2SiOz)陶瓷具有抗蠕变能力高、热膨胀系数和导热系数低、抗腐蚀性和抗热震性优异的特点，是一种很有前景的高温结构材料。它最显著的优势是强度和韧性

2、随着温度升高不仅不会下降反而有所提高。然而，莫来石的室温力学性能较差，限制了它的广泛应用。针对如何提高莫来石的室温强度和韧性，目前的研究集中于利用第二相进行改性，取得了一定成果。本文介绍了非连续相(颗粒、晶须、短切纤维)和连续纤维增强莫来石基复合材料的研究现状。包括制备工艺、微观结构和主要性能，指出了存在的问题和今后的发展方向。关键词莫来石；复合材料；第二相；增韧机制；机械性能中图分类号：TQl74．75文献标识码：A0引言莫来石陶瓷具有优异的高温力学性能、抗蠕变性能、抗热震性能以及化学稳定性等，其最显著的优势是强度和韧性随着温度的升高而增加，在13000C时

3、的强度和韧性是室温时的1．7倍，15000C时强度保留率可以达到90％以上【lI。因此，莫来石陶瓷被认为是一种非常理想的高温结构材料，在热防护领域中有着广阔的应用前景。此外，莫来石陶瓷还具有优异的电学和光学性能，诸如宽频的红外和雷达波透过性等，可用于电子封装、红外透波、高温光学窗口等领域圆。上述特性使得莫来石陶瓷受到了广泛关注，并已在某些方面获得成功应用。但是莫来石陶瓷常温力学性能不佳，尤其是断裂韧性只有2MPa·m垅左右，成为制约该材料实用化的一大障碍，而复合材料的可设计性为这一问题提供了解决方向。莫来石基复合材料近年来的研究目标是减少固有脆性，改善机械性能

4、。为此采用了多种方法对莫来石进行补强和增韧，并已取得了良好的效果，其中主要的方法是添加第二相，如颗粒、晶须、纤维收稿It期：20ll-05-ll通讯联系人：马青松。E-mail：nudtmqsl975@163．com等进行改性。根据第二相在基体中的分布形态，可以将增强体分为非连续相和连续相。1非连续相增强莫来石颗粒、晶须、短切纤维等增强体在基体中的分布不连续，它们在制备方式、性能改进方面具有一些共同的特点。在20世纪80年代，莫来石的改性主要采用颗粒作为第二相，所用颗粒主要为SiC、Zr02和舢20。。90年代出现的单晶晶须缺陷少，强度高，长径比大，对莫来石基

5、体的增强作用比颗粒要好，主要以SiG晶须为主，或用莫来石晶须增强莫来石Mu。／Mullite。短切纤维类似于晶须，主要有C、SiC、AI：03纤维等。1．1制备方法颗粒增强莫来石的制备方法主要是固相烧结，将莫来石或A120s+SiO：粉体与增强相颗粒混合后成型烧结。影响烧结的主要因素包括粉料的粒径、混合均匀程度、烧结温度等。为了提高致密度，可以采用多种方法进行改进：(1)改进烧结方式，随着辅助烧结手段的进步，先后出现了常压、热压、微波辅助烧结【aI以及放电等离子烧结(sparkplasmasintering，SPS)[4、高万方数据616《陶瓷学报)2011年

6、第4期温自蔓延反应烧结(Self-propagatinghigh—temperaturesynthesis，SHS)m等手段。(2)减小粒径，提高混合均匀性，为此可以用化学法代替机械混合。机械混合操作简便，但混合均匀度不够，烧结温度较高，产品性能受到影响阎。化学龅含7j<解沉淀法或溶胶一凝胶法，得到的粉料粒度更细、混合度更好，对于提高反应活性、促进烧结有良好的作用即。Wang等人1"81采用硅溶胶+硝酸铝共沉淀的方法制备了细化的微粉，1250。C即可烧结形成莫来石，1550'12致密度可达98．5％。(3)采用添加烧结助剂，常用的烧结助剂有Y203[，1、v2

7、州埘、Sc／33rm等。四是采用瞬态粘性流动烧结(TransientViscousSintering，TVS)或添加莫来石晶种啕形成活化中心降低烧结活化能。TVS法是在A120。粉料表面包覆一层液相或胶体SiO：，经过热处理形成复合涂层粉料进行烧结。烧结时表面si02层溶解形成液相可以使材料迅速致密化且缺陷较少。FlavioGriggioo'跚研究了纳米A1203颗粒+硅树脂的晶化动力学，发现硅树脂分解后形成si02包覆于灿A颗粒表面，其反应活化能低于一般的粉体烧结和先驱体方法，在1300℃下即可以实现致密化。SiC．／Mullite复合材料的制备类似于SiC

8、p／Mullite，大多采用固相反应+