纤维增强陶瓷基复合材料加工技研究展.pdf

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1、MachjningTech刚。gyforch葡cumncucA。。nauti。№㈣l航空难加工材料加工技术纤维增强陶瓷基复合材料加工技术研究进展王超1’2，李凯娜1’2。陈虎1’2，马小民1’2(1．高性能陶瓷纤维国家地方联合工程研究中心，苏州215000；2．苏州赛菲集团有限公司，苏州215000)[摘要】纤维增强陶瓷基复合材料具有高熔点、低密度、耐腐蚀、抗烧蚀以及抗氧化等一系列优点，被列为新一代高温热结构材料的发展重点，在航空、航天、能源等领域具有极大的应用前景。但纤维增强陶瓷基复合材料具有硬度大的特点，其加工是一个难点，主要对纤维增

2、强陶瓷基复合材料的传统加工工艺和特种加工工艺及其研究进展进行了介绍，并对纤维增强陶瓷基复合材料的加工工艺的发展趋势作了展望。关键词：纤维增强陶瓷基复合材料；机械加工；激光加工；超声辅助加工；电加工DoI：10．16080巧．issnl671-833x．2016．03．055王超硕士．苏州赛菲集团有限公司材料开发部工程师。主要从事SiC．，siC陶瓷基复合材料制备工艺及应用研究。20世纪70年代初，Aveston在连续纤维(以下简称纤维)增韧聚合物基复合材料(FRPMcs)和纤维增韧金属基复合材料(FRMMCs)研究的基础上，提出了纤维增强

3、陶瓷基复合材料的概念，开辟了高性能陶瓷材料研究的新方向II】。纤维增强陶瓷基复合材料(FiberReinforcedCeramicMatrixComposites，FRCMCs)是将纤维(如C纤维、SiC纤维等)作为复合材料的增强体引入到陶瓷基体中制备的一种高性能复合材料。由于它具有高熔点、低密度、耐腐蚀、抗烧蚀以及抗氧化等一系列优点，被列为新一代高温热结构材料的发展重点，在航空、航天、能源等领域具有极大的应用前景12卅。随着陶瓷基复合材料应用领域的不断扩大，纤维增强陶瓷基复合材料的制备和加工技术受到越来越广泛的重视。国际上，尤其是日本、

4、欧美等发达国家对FRCMCs进行了深入研究，在制备技术及加工技术等方面成果卓著。在传统机械加工领域，特别是磨削加工技术方面，日本和德国处于世界前列；在特种加工技术领域，日本东京大学和美国堪萨斯州立大学在超声波加工技术方面作了深入研究，如美国宾夕法尼亚大学、爱荷华州州立大学，日本千叶工艺研究所、德国斯图加特大学、Fraunhofer生产技术学院，俄罗斯科学院等【51都对激光加热辅助工艺进行了研究，而日本嘲、英国、比利时、西班牙m对电火花加工结构陶瓷材料的研究报道较多。这些发达国家无论是在制备技术方面还是在加工设备的制造方面都走在世界前列，尤

5、其是机床研发方面，像德国的GuhringAutomation公司、美国Connectient大学研发中心、日本三菱重工等研发的机床制备精良。当前，依靠先进的复合材料制备工艺和精良的加工技术已成功制备出多种复合材料结构件并实现应用，如美国生产的X一33、X一37、X一38航天试验机上采用大量的C，／SiC复合材料代替原有的金属材料(见图1)，降低了运载器的重量，同时提高2016年第3期·航空制造技术55了飞行器的耐冲击性【8】。洛克公司以SiC，／SiC陶瓷基复合材料开发出来的耐热瓦，已有3万余块用于美国哥伦比亚号航天飞机上(见图2)【9】

6、。法国sEP公司建成了世界上第一座具有工业化生产规模的SiC，／SiC和C，，SiC复合材料制造厂，其陶瓷基复合材料制造水平世界领先【1o】。国内对于陶瓷基复合材料的研究主要集中在纤维、先驱体等原材料的制备和复合成型工艺等方面㈨，国防科技大学在SiC纤维、陶瓷先驱体以及PIP工艺等方面作出突出贡献，西北工业大学在CVI工艺方面研究成果显著，中科院上海硅酸盐研究所对MI工艺进行了卓有成效的研究。陶瓷基复合材料的制备工艺是其产业化应用的一个重要方面，同时复合材料的后序加工技术也是促进其应用产业化的关键因素。美国国家航空航天局(NASA)在《2

7、1世纪的航空技术》报告中曾表示，在其发动机材料研究规划中要优先发展陶瓷基复合材料的制备工艺及其加工技术【l21。2013年，法国Fives公司收购了美国MAG公司(MAG公司在高端、大型和复杂零件加工方案的制定和复合材料工艺方面处于世界领先图1X一37B航天飞行器上的C。／SiC热防护层Fig．1Cf／SiCthermaIprotectiOnIayerin×一37BaerOspacecraft图2美国航天飞机及其隔热瓦Fig．2AmericanspaceshuttleandilshealshieId56航审制造技术·2016年第3期水平n

8、伽)，显示出法国对陶瓷基复合材料加工工艺的高度重视。我国在连续纤维增强陶瓷基复合材料方面的研究起步较晚，与欧美等发达国家有很大差距。国内对陶瓷基复合材料还处于应用研究阶段，在制备工艺，尤其是快