陶瓷基复合材料的研究现状

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1、陶瓷基复合材料的研究现状姓名：渠森乾学号：2012110029摘要：陶瓷基复合材料是性能优异的高温结构材料，可在很大程度上解决陶瓷的脆性问题。本文就陶瓷的增韧机理、基体材料和增强增韧纤维的选择,复合材料的制造工艺，以及陶瓷基复合材料的发展过程、现状和发展趋势作了较全面的介绍,并指出了要它应用于实践所需解决的问题从历史来看，陶瓷基复合材料的发展大致可以分为以下三个阶段：第一个阶段：慈宁宫陶、瓷器到近代的传统陶瓷。陶器的出现、发展和广泛应用是社会生产力的一个飞跃，同时也大大方便和丰富了人们的生活。此后的陶瓷经历了漫长

2、的发展和演变过程。随着金属冶炼技术的发展，人类掌握了通过鼓风提高燃烧温度的技术，采用了喊铝量较高的瓷土，发明了釉。由于这三个方面因素的促进，陶瓷发展到了以洁白细腻、轻巧美观、材质精美和具有得天独厚的资源优势的瓷器，成为陶瓷发展史的一次重要飞跃，也是陶瓷发展史的第一个里程碑。它标志着人类完成了从蒙昧时代进化到野蛮时代，进而过渡到文明时代，具有划时代的意义。近代，由于对陶瓷的原料、配比、成型、制作工艺进行精选优化和严格控制，不仅提高了陶瓷制品的质量，增加了花色品种，而且随着科学技术的发展和需求,在日用陶瓷的基础上又衍

3、生出了许多种类的陶瓷，如电力工业用的绝缘陶瓷、建筑用的建筑陶瓷和卫生陶瓷、冶金工业用的耐火陶瓷、化学工业第二个阶段：从传统陶瓷到新型陶瓷。这一阶段起源于20世纪40到50年代，是陶瓷史上的第二次飞跃。电子工业的快速发展和宇宙开发，原子能工业的兴起，以及激光技术、传感技术、光电技术等新技术的出现，对陶瓷材料提出了很高的耍求，而传统陶瓷无论在性能、品种和质量等方面都不能满足需求，这便促使人们从原料、成型和烧结工艺方面进行改进和创新；加上陶瓷科学与相邻学科的交融和创新突破，对陶瓷的发展起到了极大的作用，大约只经历了半个

4、世纪人们就实现了传统陶瓷到新型陶瓷的飞跃。该阶段存在的问题是陶瓷的脆性和温高强等问题远未彻底解决。第三个阶段：从新型陶瓷到纳米陶瓷。这一阶段起源于20世纪90年代，陶瓷发展正面临着第三次重大飞跃。人们期望21世纪初叶陶瓷科学将会在这方面取得重大突破，生产许多不同于新型陶瓷的纳米陶瓷材料与制品目前，在原位法制备铝基复合材料的研究中，用来增强基体的陶瓷颗粒主要有TiC以及AI2O3两大类。生成TiC的原位反应为Ti+C反应体系,而生成AI2O3颗粒的反应为金属氧化物MO+AI反应体系。CVD法是上世纪60年代发展起來

5、的制备无机材料的新技术。它被广泛应用于沉积各种单晶、多晶或其它无定形态的无机薄膜材料。CVD法最早应用于沉积微电子元器件，经过几十年的发展，从实验室的探索研究到大规模工业化生产，都取得了很大的成就，这就促进了该方法在陶瓷材料制备中的应用。一种或几种气体在一定的温度下发生化学反应，反应后的固态物质在基体表面沉积，形成涂层或薄膜材料，如果基体是多孔材料，沉积也可以发牛在基体的内表面。⑴能在相对低的温度下制备熔点高达3000°C的陶瓷材料，这是传统的粉末冶金和陶瓷烧结技术难以达到的。用这种方法制备的纤维增强陶瓷基复合材

6、料，避免了在高温复合过程中由于热力学不稳定导致的纤维与基体间的化学反应，可以制备岀其它方法无法实现的复合材料。⑵对基体几乎没有损伤，基体的收缩率小，保证了材料结构的完整性。⑶工艺灵活，通过改变工艺参数，可以制备出双元基、纳米基、梯度基及各种复合结构的功能梯度复合材料。CVD法可以制备碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧化物等许多陶瓷材料，制备工艺非常成熟。按照制备材料的形态及功能來分，CVD法制备的先进陶瓷材料主耍有陶瓷涂层和陶瓷基体，研究和发展氧化物共晶超高温结构材料的目的就是使其能够在高温等极端恶劣条件下长期使

7、用。因此，在过去的几十年里，国内外一直致力于研究氧化物共晶陶瓷的高温强度、结构稳定性以及高温蠕变等，然而由于其致命的弱点一一脆性，极大地限制了其优良性能的发挥，为此氧化物共晶陶瓷的韧化成为近年来陶瓷材料研究的核心课题。陶瓷基复合材料的高温稳定性好，因为陶瓷纤维增强材料是把高强度、高模量、耐高温的纤维加入到陶瓷、金属或合金等基体中而构成的,所以陶瓷纤维增强材料兼有陶瓷纤维的高强度和基体的延展性好等优点,能够在高温下稳定而有效地工作陶瓷基复合材料具有与石墨类似的层状结构和口润滑性，而导电性和硬度都优于石墨，抗氧化性也

8、更好，所以在高温下或其他氧化环境下需要润滑的场合，如用作轴承材料，它的潜力将远远大于石墨；其良好的抗热震性和抗氧化性，高温下高的屈服点和塑性，使得陶瓷基复合材料在高温结构方面的应用更具有优势，如涡轮机叶片和定子，以及陶瓷发动机等;由于英好的可加工性和高温下的高强度，它还是目前使用的可加工陶瓷的很好的替代品；陶瓷基复合材料好的导电性和抗热震性使它在熔融金属的电极材料的应用方