SiC∕SiC陶瓷基复合材料研究及应用

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1、复材应用COMPOSITESAPPLICATIONSiC/SiC陶瓷基复合材料研究及应用ResearchandApplicationofSiC/SiCCeramicMatrixComposites中航复合材料有限责任公司邱海鹏陈明伟谢巍杰SiC/SiC陶瓷基复合材料保留了SiC陶瓷耐高温、高强度、抗氧化、耐腐蚀、耐冲击的优点，同时兼具SiC纤维增强增韧作用，克服了SiC陶瓷断裂韧性低和抗外部冲击载荷性能差的先天缺陷。SiC/SiC复合材料具有低密度、高温性能稳定、低氚渗透率和优异的辐照稳定性，在航空、航天、核能等领域具有广泛的应用前景。DOI:10.16080

2、/j.issn1671-833x.2015.14.094抗氧化、耐腐蚀、耐冲击的优点，同时聚合物、金属和陶瓷基体相容性良邱海鹏中国航空工业集团公司一级专家，兼具SiC纤维增强增韧作用，克服了好，是研制高性能复合材料（特别是中航复材首席专家，中国硅酸盐学会特SiC陶瓷断裂韧性低和抗外部冲击载高温结构材料）的关键纤维增强材种陶瓷分会理事，中国硅酸盐学会测试荷性能差的先天缺陷。SiC/SiC复合料。目前SiC纤维的制备工艺主要技术分会理事，SAMPE北京分会常务理材料作为一种综合性能优异的高温有化学气相沉积法（ChemicalVapor事。长期从事碳基和陶瓷基复合材

3、料制造技术研究。获得中航工业科技进步二热结构材料，在航空、航天核能领域Deposited，CVD法）、先驱体转化等奖1项，三等奖2项，获国家专利3项。具有广泛的应用前景，成为目前各个法（PreceramicPolymerPyrolysis，3P在国内外期刊和学术会议上发表论文[1-5]西方国家的研究热点。法）、微粉烧结法（PowderSintering，80余篇。SiC/SiC陶瓷基复合材料通常由PS法）和化学气相反应法（ChemicalSiC纤维、界面层、SiC陶瓷基体和热VaporReaction,CVR法）等，目前实防护涂层组成。本研究就SiC/SiC陶

4、现工业化生产的主要是先驱体转化SiC/SiC陶瓷基复合材料是指在瓷基复合材料各组成部分、制备工法。SiC陶瓷基体中引入SiC纤维作为增艺、加工工艺和应用情况进行介绍。先驱体转化法制备SiC纤维的强材料，形成以引入的SiC增强纤维历程可分为3代，如表1所示：第1为分散相，以SiC陶瓷基体为连续相原材料代为以日本碳公司（NipponCarbon）的复合材料。SiC/SiC陶瓷基复合材SiC纤维具有耐高温、抗氧化、的Nicalon200纤维和宇部兴产（Ube料保留了SiC陶瓷耐高温、高强度、抗蠕变、力学性能优异等特点，与Industries）的TyrannoLOX-

5、M纤维94航空制造技术·2015年第14期复材应用COMPOSITESAPPLICATION为代表的高氧碳SiC纤维，1代纤维第2代SiC纤维工程化生产（年产能端应力释放，进而提高材料的韧性。均采用氧化交联方式，最终纤维中的吨级）。PyC界面层制备工艺成熟，设备商业氧质量分数为10%~15%，当使用温根据制备工艺的不同，SiC/SiC化程度较高，成本较低，是目前应用度达到1200℃以上，纤维中的SiCxOy陶瓷基复合材料的基体SiC陶瓷原最为广泛的界面层材料。然而PyC相发生分解反应，纳米SiC晶体长材料来源也有所差异，主要包括聚碳界面层抗氧化能力较差，限制了

6、其在大，导致力学性能急剧下降。第2代硅烷（PCS）、SiCl4、聚二甲基硅烷等。高温氧化工况下的应用。纤维以日本NipponCarbon公司的其中PCS在国内主要由国防科技大（2）氮化硼界面层（BN）。BNHi-Nicalon纤维和UbeIndustries公学和苏州赛力菲生产，对SiCl4和聚与PyC均具有层状结构，BN在氧化司的TyrannoLOX-E、TyrannoZM和二甲基硅烷，多数化工厂家均有销媒介中900℃时开始发生氧化反应，TyrannoZE等低氧、高碳含量SiC纤售。因此有关SiC陶瓷原材料的研其氧化性能较PyC大幅提升。BN界维为代表，主要

7、采用电子束交联，第究和生产，本文不再赘述。面层制备工艺较为复杂，对设备要求2代SiC纤维中氧的质量分数降低，较高，制备成本较高。自由碳的质量分数相对较高，SiC晶界面层（3）复合界面层（（X-Y）n），该粒尺寸较第1代大，纤维使用温度由界面层是连接SiC纤维和SiC类界面层以（SiC-PyC）n为代表，综1200℃提高到1300℃。第3代SiC基体的桥梁，理想的界面层主要有以合了SiC抗氧化性能优异和PyC涂纤维以NipponCarbon的Hi-Nicalon下3个方面作用。层层状结构易于裂纹偏转的综合优TypeS、UbeIndustries的TyrannoS

8、A（1）抑制由于化学渗透和物理势，具有