可陶瓷化樹脂基復合材料

『壹』 陶瓷基復合材料有何特性

由纖維增強陶瓷的陶瓷基復合材料既可保留陶瓷材料耐高溫、高硬高強和耐磨蝕的性能，同時又克服了陶瓷的脆性，陶瓷基復合材料可滿足1200℃～1900℃的使用條件。人造地球衛星、載人宇宙飛船等的發射成功，取決於稱為「燒蝕材料「的陶瓷基復合材料，當宇宙飛行器從外層空間返回地球時，稠密的大氣層是它的必經之地，高速的飛行速度使飛行器和空氣之間產生強烈的摩擦，由此而放出的熱量瞬間可高達8000℃～10000℃，」燒蝕材料」此時吸收大量的熱燒掉自己的一部分，與些同時使周圍的溫度降低，以保證飛行器本體安然無恙。

陶瓷基復合材料除了用於航空航天部件，還可用於滑動構件、發動機部件和刀件具等。法國用長纖維增強碳化硅復合材料作為超高速列車的制動機，其優異的摩擦磨損特性是傳統制動件無法相比的。

陶瓷基復合材料以優異的耐高溫和耐磨損性能取勝於其他復合材料，但由於價格昂貴使其應用受到一定限制。

先進復合材料為航天航空事業做出了重大貢獻，最新研究結果表明，在某些特種飛機上先進復合材料用量已佔50%以上，美國最新生產的具有隱身功能的轟炸機B-2，其機體的結構材料幾乎全是復合材料。當今先進復合材料已廣泛擴展到其他領域，如用復合材料製成的箭，其箭桿重量減輕4%，命中率也大大提高。在汽車工業領域，用先進復合材料製成的製件代替同樣性能的鋼製件，可減重70%左右，而且在工藝上可一次成型，可用來製造汽車車體、受力構件、發動機架和內部構件。先進復合材料在化工、紡織業、醫療和精密儀器等領域也發揮著不可估量的作用。

先進復合材料的研究十分活躍，發展趨向有以下特點：由宏觀復合向微觀復合發展；由增強性的雙元混雜向超混雜復合發展；由結構復合向多功能復合發展。復合材料除具有力學性能外，還有其他如電、磁、光等性能。

『貳』 考研方向為陶瓷基復合材料的有哪些好大學

在陶瓷方面，西北工業大學真的很厲害，只不過名氣不響而已http://..com/question/3625645.html?si=2&wtp=wk

中國粉體網http://www.cnpowder.com.cn/news/view.php?id=5160

『叄』 陶瓷復合材料的材料

陶瓷與陶瓷或陶瓷基體材料與其他材料所組成的多相材料。
主要有陶瓷與金屬復合材料，如特種無機纖維或晶須增強金屬材料、金屬陶瓷、復合粉料等；陶瓷與有機高分子材料的復合材料，如特種無機纖維或晶須增強有機材料等；陶瓷與陶瓷的復合材料，如特種無機纖維、晶須、顆粒、板晶等增韌補強陶瓷材料。陶瓷基復合材料通常可分為顆粒補強陶瓷基復合材料和纖維補強陶瓷基復合材料兩類。

『肆』 樹脂基復合材料知識

纖維增強樹脂基復合材料常用的樹脂為環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂。目前常用的有：熱固性樹脂、熱塑性樹脂，以及各種各樣改性或共混基體。熱塑性樹脂可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體，冷卻後又變硬。熱固性樹脂只能一次加熱和成型，在加工過程中發生固化，形成不熔和不溶解的網狀交聯型高分子化合物，因此不能再生。復合材料的樹脂基體，以熱固性樹脂為主。早在40年代，在戰斗機、轟炸機上就開始採用玻璃纖維增強塑料作雷達罩。60年代美國在F—4、F—111等軍用飛機上採用了硼纖維增強環氧樹脂作方向舵、水平安定面、機翼後緣、舵門等。在導彈製造方面，50年代後期美國中程潛地導彈「北極星A—2」第二級固體火箭發動機殼體上就採用了玻璃纖維增強環氧樹脂的纏繞製件，較鋼質殼體輕27%；後來採用高性能的玻璃纖維代替普通玻璃纖維造「北極星A—3」，使殼體重量較鋼制殼體輕50%，從而使「北極星A—3」導彈的射程由2700千米增加到4500千米。70年代後採用芳香聚醯胺纖維代替玻璃纖維增強環氧樹脂，強度又大幅度提高，而重量減輕。碳纖維增強環氧樹脂復合材料在飛機、導彈、衛星等結構上得到越來越廣泛的應用。

在化學工業上的應用
編輯
環氧乙烯基酯樹脂在氯鹼工業中，有著良好的應用。
氯鹼工業是玻璃鋼作耐腐材料最早應用領域之一，目玻璃鋼已成為氯鹼工業的主要材料。玻璃鋼已用於各種管道系統、氣體鼓風機、熱交換器外殼、鹽水箱以至於泵、池、地坪、牆板、格柵、把手、欄桿等建築結構上。同時，玻璃鋼也開始進入化工行業的各個領域。在造紙工業中的應用也在發展，造紙工業以木材為原料，造紙過程中需要酸、鹽、漂白劑等，對金屬有極強的腐蝕作用，唯有玻璃鋼材料能抵抗這類惡劣環境，玻璃鋼材料已、在一些國家的紙漿生產中顯現其優異的耐蝕性。
在金屬表面處理工業中的應用，則成為環氧乙烯基酯樹脂重要應用，金屬表面處理廠所使用的酸，大多為鹽酸、基本上用玻璃鋼是沒有問題的。環氧樹脂作為纖維增強復合材料進入化工防腐領域，是以環氧乙烯基酯樹脂形態出現的。它是雙酚A環氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環加成化學反應而製成，每噸需用環氧樹脂比例達50%，這類樹脂既保留了環氧樹脂基本性能，又有不飽和聚酯樹脂良好的工藝性能，所以大量運用在化工防腐領域。
其在化工領域的防腐主要包括：化工管道、貯罐內襯層；電解槽；地坪；電除霧器及廢氣脫硫裝置；海上平台井架；防腐模塑格柵；閥門、三通連接件等。為了提高環氧乙烯基酯樹脂優越的耐熱性、防腐蝕性和結構強度，樹脂還不斷進行改性，如酚醛、溴化、增韌等環氧乙烯基酯樹脂等品種，大量運用於大直徑風葉、磁懸浮軌道增強網、賽車頭盔、光纜纖維牽引桿等。
樹脂基復合材料作為一種復合材料，是由兩個或兩個以上的獨立物理相，包含基體材料（樹脂）和增強材料所組成的一種固體產物。樹脂基復合材料具有如下的特點：
（1）各向異性（短切纖維復合材料等顯各向同性）；
（2）不均質（或結構組織質地的不連續性）；
（3）呈粘彈性行為；
（4）纖維（或樹脂）體積含量不同，材料的物理性能差異；
（5）影響質量因素多，材料性能多呈分散性。
樹脂基復合材料的整體性能並不是其組分材料性能的簡單疊加或者平均，這其中涉及到一個復合效應問題。復合效應實質上是原相材料及其所形成的界面相互作用、相互依存、相互補充的結果。它表現為樹脂基復合材料的性能在其組分材料基礎上的線性和非線性的綜合。復合效應有正有負，性能的提高總是人們所期望的，但有進材料在復合之後某些方面的性能出現抵消甚至降低的現象是不可避免的。
復合效應的表現形式多樣，大致上可分為兩種類型：混合效應和協同效應。
混合效應也稱作平均效應，是組分材料性能取長補短共同作用的結果，它是組分材料性能比較穩定的總體反映，對局部的擾動反應並敏感。協同效應與混合效應相比，則是普遍存在的且形式多樣，反映的是組分材料的各種原位特性。所謂原位特性意味著各相組分材料在復合材料中表現出來的性能並不只是其單獨存在時的性能，單獨存在時的性能不能表徵其復合後材料的性能。
樹脂基復合材料的力學性能
力學性能是材料最重要的性能。樹脂基復合材料具有比強度高、比模量大、抗疲勞性能好等優點，用於承力結構的樹脂基復合材料利用的是它的這種優良的力學性能，而利用各種物理、化學和生物功能的功能復合材料，在製造和使用過程中，也必須考慮其力學性能，以保證產品的質量和使用壽命。
1、樹脂基復合材料的剛度
樹脂基復合材料的剛度特性由組分材料的性質、增強材料的取向和所佔的體積分數決定。樹脂基復合材料的力學研究表明，對於宏觀均勻的樹脂基復合材料，彈性特性復合是一種混合效應，表現為各種形式的混合律，它是組分材料剛性在某種意義上的平均，界面缺陷對它作用不是明顯。
由於製造工藝、隨機因素的影響，在實際復合材料中不可避免地存在各種不均勻性和不連續性，殘余應力、空隙、裂紋、界面結合不完善等都會影響到材料的彈性性能。此外，纖維（粒子）的外形、規整性、分布均勻性也會影響材料的彈性性能。但總體而言，樹脂基復合材料的剛度是相材料穩定的宏觀反映。
對於樹脂基復合材料的層合結構，基於單層的不同材質和性能及鋪層的方向可出現耦合變形，使得剛度分析變得復雜。另一方面，也可以通過對單層的彈性常數（包括彈性模量和泊松比）進行設計，進而選擇鋪層方向、層數及順序對層合結構的剛度進行設計，以適應不同場合的應用要求。
2、樹脂基復合材料的強度
材料的強度首先和破壞聯系在一起。樹脂基復合材料的破壞是一個動態的過程，且破壞模式復雜。各組分性能對破壞的作用機理、各種缺陷對強度的影響，均有街於具體深入研究。
樹脂基復合材強度的復合是一種協同效應，從組分材料的性能和樹脂基復合材料本身的細觀結構導出其強度性質。對於最簡單的情形，即單向樹脂基復合材料的強度和破壞的細觀力學研究，還不夠成熟。
單向樹脂基復合材料的軸向拉、壓強度不等，軸向壓縮問題比拉伸問題復雜。其破壞機理也與拉伸不同，它伴隨有纖維在基體中的局部屈曲。實驗得知：單向樹脂基復合材料在軸向壓縮下，碳纖維是剪切破壞的；凱芙拉（Kevlar）纖維的破壞模式是扭結；玻璃纖維一般是彎曲破壞。
單向樹脂基復合材料的橫向拉伸強度和壓縮強度也不同。實驗表明，橫向壓縮強度是橫向拉伸強度的4～7倍。橫向拉伸的破壞模式是基體和界面破壞，也可能伴隨有纖維橫向拉裂；橫向壓縮的破壞是因基體破壞所致，大體沿45°斜面剪壞，有時伴隨界面破壞和纖維壓碎。單向樹脂基復合材料的面內剪切破壞是由基體和界面剪切所致，這些強度數值的估算都需依靠實驗。
雜亂短纖維增強樹脂基復合材料盡管不具備單向樹脂基復合材料軸向上的高強度，但在橫向拉、壓性能方面要比單向樹脂基復合材料好得多，在破壞機理方面具有自己的特點：編織纖維增強樹脂基復合材料在力學處理上可近似看作兩層的層合材料，但在疲勞、損傷、破壞的微觀機理上要更加復雜。
樹脂基復合材料強度性質的協同效應還表現在層合材料的層合效應及混雜復合材料的混雜效應上。在層合結構中，單層表現出來的潛在強度與單獨受力的強度不同，如0/90/0層合拉伸所得90°層的橫向強度是其單層單獨實驗所得橫向拉伸強度的2～3倍；面內剪切強度也是如此，這一現象稱為層合效應。
樹脂基復合材料強度問題的復雜性來自可能的各向異性和不規則的分布，諸如通常的環境效應，也來自上面提及的不同的破壞模式，而且同一材料在不同的條件和不同的環境下，斷裂有可能按不同的方式進行。這些包括基體和纖維（粒子）的結構的變化，例如由於局部的薄弱點、空穴、應力集中引起的效應。除此之外，界面粘結的性質和強弱、堆積的密集性、纖維的搭接、纖維末端的應力集中、裂縫增長的干擾以及塑性與彈性響應的差別等都有一定的影響。
樹脂基復合材料的物理性能
樹脂基復合材料的物理性能主要有熱學性質、電學性質、磁學性質、光學性質、摩擦性質等（見表）。對於一般的主要利用力學性質的非功能復合材料，要考慮在特定的使用條件下材料對環境的各種物理因素的響應，以及這種響應對復合材料的力學性能和綜合使用性能的影響；而對於功能性復合材料，所注重的則是通過多種材料的復合而滿足某些物理性能的要求。
樹脂基復合材料的物理性能由組分材料的性能及其復合效應所決定。要改善樹脂基復合材料的物理性能或對某些功能進行設計時，往往更傾向於應用一種或多種填料。相對而言，可作為填料的物質種類很多，可用來調節樹脂基復合材料的各種物理性能。值得注意的是，為了某種理由而在復合體系中引入某一物質時，可能會對其它的性質產生劣化作用，需要針對實際情況對引入物質的性質、含量及其與基體的相互作用進行綜合考慮。
樹脂基復合材料的化學性能
大多數的樹脂基復合材料處在大氣環境中、浸在水或海水中或埋在地下使用，有的作為各種溶劑的貯槽，在空氣、水及化學介質、光線、射線及微生物的作用下，其化學組成和結構及各種性能會發生各種變化。在許多情況下，溫度、應力狀態對這些化學反應有著重要的影響。特別是航空航天飛行器及其發動機構件在更為惡劣的環境下工作，要經受高溫的作用和高熱氣流的沖刷，其化學穩定性是至關重要的。
作為樹脂基復合材料的基體的聚合物，其化學分解可以按不同的方式進行，它既可通過與腐蝕性化學物質的作用而發生，又可間接通過產生應力作用而進行，這包括熱降解、輻射降解、力學降解和生物降解。聚合物基體本身是有機物質，可能被有機溶劑侵蝕、溶脹、溶解或者引起體系的應力腐蝕。所謂的應力腐蝕，是摜材料與某些有機溶劑作用在承受應力時產生過早的破壞，這樣的應力可能是在使用過程中施加上去的，也可能是鑒於製造技術的某些局限性帶來的。根據基體種類的不同，材料對各種化學物質的敏感程度不同，常見的玻璃纖維增強塑料耐強酸、鹽、酯，但不耐鹼。一般情況下，人們更注重的是水對材料性能的影響。水一般可導致樹脂基復合材料的介電強度下降，水的作用使得材料的化學鍵斷裂時產生光散射和不透明性，對力學性能也有重要影響。不上膠的或僅只熱處理過的玻璃纖維與環氧樹脂或聚酯樹脂組成的復合材料，其拉伸強度、剪切強度和彎曲強度都很明顯地受沸水影響，使用偶聯劑可明顯地降低這種損失。水及各種化學物質的影響與溫度、接觸時間有關，也與應力的大小、基體的性質及增強材料的幾何組織、性質和預處理有關，此外還與復合材料的表面的狀態有關，纖維末端暴露的材料更易受到損害。
聚合物的熱降解有多種模式和途徑，其中可能幾種模式同時進行。如可通過"拉鏈"式的解聚機理導致完全的聚合物鏈的斷裂，同時產生揮發性的低分子物質。其它的方式包括聚合物鏈的不規則斷裂產生較高分子量的產物或支鏈脫落，還有可能形成環狀的分子鏈結構。填料的存在對聚合物的降解有影響，某些金屬填料可通過催化作用加速降解，特別是在有氧存在的地方。樹脂基復合材料的著火與降解產生的揮發性物質有關，通常加入阻燃劑減少著火的危險。某些聚合物在高溫條件下可產生一層耐熱焦炭，這些聚合物與尼龍、聚酯纖維等復合後，因這些增強物本身的分解導致揮發性物質產生可帶走熱量而冷卻燒焦的聚合物，進一步提高耐熱性，同時賦予復合材料以優良的力學性能，如良好的坑震性。
許多聚合物因受紫外線輻射或其它高能輻射的作用而受到破壞，其機理是當光和射線的能量大於原子間的共價鍵能時，分子鏈發生斷裂。鉛填充的聚合物可用來防止高能輻射。紫外線輻射則一般受到更多的關注，經常使用的添加劑包括炭黑、氧化鋅和二氧化鈦，它們的作用是吸收或者反射紫外線輻射，有些無面填料可以和可見光一樣傳輸紫外線，產生熒光。
力學降解是另一種降解機理，當應力的增加頻率超過一個鍵通過平移所產生的響應能力時，就發生鍵的斷裂，由此形成的自由基還可能對下一階段的降解模式產生影響。硬質和脆性聚合物基體應變小，可進行有或者沒有鏈斷裂的脆性斷裂，而較軟但粘性高的聚合物基體大多是力學降解的。
樹脂基復合材料的工藝特點
樹脂基復合材料的成型工藝靈活，其結構和性能具有很強的可設計性。樹脂基復合材料可用模具一次成型法來製造各種構件，從而減少了零部件的數量及接頭等緊固件，並可節省原材料和工時；更為突出的是樹脂基復合材料可以通過纖維種類和不同排布的設計，把潛在的性能集中到必要的方向上，使增強材料更為有效地發揮作用。通過調節復合材料各組分的成分、結構及排列方式，既可使構件在不同方向承受不同的作用力，還可以製成兼有剛性、韌性和塑性等矛盾性能的樹脂基復合材料和多功能製品，這些是傳統材料所不具備的優點。樹脂基復合材料在工藝方面也存在缺點，比如，相對而言，大部分樹脂基復合材料製造工序較多，生產能力較低，有些工藝（如製造大中型製品的手糊工藝和噴射工藝）還存在勞動強度大、產品性能不穩定等缺點。
樹脂基復合材料的工藝直接關繫到材料的質量，是復合效應、"復合思想"能否體現出來的關鍵。原材料質量的控制、增強物質的表面處理和鋪設的均勻性、成型的溫度和壓力、後處理及模具設計的合理性都影響最終產品的性能。在成型過程中，存在著一系列物理、化學和力學的問題，需要綜合考慮。固化時在基體內部和界面上都可能產生空隙、裂紋、缺膠區和富膠區；熱應力可使基體產生或多或少的微裂紋，在許多工藝環節中也都可造成纖維和纖維束的彎曲、扭曲和折斷；有些體系若工藝條件選擇不當可使基體與增強材料之間發生不良的化學反應；在固化後的加工過程中，還可進一步引起新的纖維斷裂、界面脫粘和基體開裂等損傷。如何防止和減少缺陷和損傷，保證纖維、基體和界面發揮正常的功能是一個非常重要的問題。
樹脂基復合材料的成型有許多不同工藝方法，連續纖維增強樹脂基復合材料的材料成型一般與製品的成型同時完成，再輔以少量的切削加工和連接即成成品；隨機分布短纖維和顆粒增強塑料可先製成各種形式的預混料，然後進行擠壓、模塑成型。
組合復合效應
復合體系具有兩種或兩種以上的優越性能，稱為組合復合效應貧下中農站這樣的情況很多，許多的力學性能優異的樹脂基復合材料同時具有其它的功能性，下面列舉幾個典型的例子。
1、光學性能與力學性能的組合復合
纖維增強塑料，如玻璃纖維增強聚酯復合材料，同時具有充分的透光性和足夠的比強度，對於需要透光的建築結構製品是很有用的。
2、電性能與力學性能的組合復合
玻璃纖維增強樹脂基復合材料具有良好的力學性能，同時又是一種優良的電絕緣材料，用於製造各種儀表、電機與電器的絕緣零件，在高頻作用下仍能保持良好的介電性能，又具有電磁波穿透性，適製作雷達天線罩。聚合物基體中引入炭黑、石墨、酞花菁絡合物或金屬粉等導電填料製成的復合材料具有導電性能，同時具有高分子材料的力學性能和其它特性。
3、熱性能與力學性能的組合復合
①耐熱性能
樹脂基復合材料在某些場合的使用除力學性能外，往往需要同時具有好的耐熱性能。
②耐燒蝕性能
航空航天飛行器的工作處於嚴酷的環境中，必須有防護材料進行保護；耐燒蝕材料靠材料本身的燒蝕帶走熱量而起到防護作用。玻璃纖維、石英纖維及碳纖維增強的酚醛樹脂是成功的燒蝕材料。酚醛樹脂遇到高溫立即碳化形成耐熱性高的碳原子骨架；玻璃纖維還可部分氣化，在表面殘留下幾乎是純的二氧化硅，它具有相當高的粘結性能。兩方面的作用，使酚醛玻璃鋼具有極高的耐燒蝕性能。

『伍』 什麼是陶瓷基復合材料

合成材料
合成材料又稱人造材料，是人為地把不同物質經化學方法或聚合作用加工而成的材料，其特質與原料不同，如塑料、玻璃、鋼鐵等。

無機非金屬材料
無機非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、棚化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、棚酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。元機非金屬材料的提法是20世紀40年代以後,隨著現代科學技術的發展從傳統的硅酸鹽材料演變而來的。元機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料並列的三大材料之一。在晶體結構上,元旦主企是材料的元素結合力主更主Af鍵、共價鍵主豆子-共價混合蟹。這些化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。元機非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒有一個統一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的(傳統的)和先進的(新型的)無機非金屬材料兩大類。傳統的元機非金屬材料是工業和基本建設所必需的基礎材料。如水泥是一種重要的建築材料;耐火材料與高溫技術,尤其與鋼鐵工業的發展關系密切;各種規格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛生陶瓷、建築陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產、生活休戚相關。它們產量大,用途廣。其他產品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化鋁)、鑄石(輝綠岩、玄武岩等)、碳素材料、非金屬礦(石棉、雲母、大理石等)也都屬於傳統的無機非金屬材料。新型元機非金屬材料是20世紀中期以後發展起來的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現代新技術、新產業、傳統工業技術改造、現代國防和生物醫學所不可缺少的物質基礎。主要有先進陶瓷(advanced ceramics)、非晶態材料(noncrystal material〉、人工晶體〈artificial crys-tal〉、無機塗層(inorganic coating)、無機纖維(inorganic fibre〉等。

無機非金屬材料的分類

(1)傳統無機非金屬材料：水泥、玻璃、陶瓷等硅酸材料。

『陸』 陶瓷基復合材料的加工與封接

連續纖維補強陶瓷基復合材料(Continuous FiberReinforced Ceramic Matrix Composites,簡稱CFCC)是將耐高溫的纖維植入陶瓷基體中形成的一種高性能復合材料。由於其具有高強度和高韌性,特別是具有與普通陶瓷不同的非失效性斷裂方式,使其受到世界各國的極大關注。連續纖維增強陶瓷基復合材料已經開始在航天航空、國防等領域得到廣泛應用[1~3]。20世紀70年代初,J Aveston[2]在連續纖維增強聚合物基復合材料和纖維增強金屬基復合材料研究基礎上,首次提出纖維增強陶瓷基復合材料的概念,為高性能陶瓷材料的研究與開發開辟了一個方向。隨著纖維制備技術和其它相關技術的進步,人們逐步開發出制備這類材料的有效方法,使得纖維增強陶瓷基復合材料的制備技術日漸成熟。20多年來,世界各國特別是歐美以及日本等對纖維增強陶瓷基復合材料的制備工藝和增強理論進行了大量的研究,取得了許多重要的成果,有的已經達到實用化水平。如法國生產的「Cerasep」可作為「Rafale」戰斗機的噴氣發動機和「Hermes」太空梭的部件和內燃機的部件[4];SiO2纖維增強SiO2復合材料已用作「哥倫比亞號」和「挑戰者號」太空梭的隔熱瓦[5]。由於纖維增強陶瓷基復合材料有著優異的高溫性能、高韌性、高比強、高比模以及熱穩定性好等優點,能有效地克服對裂紋和熱震的敏感性[6~7],因此,在代寫論文重復使用的熱防護領域有著重要的應用和廣泛的市場。1 CFCC的選材原則[8]

1)陶瓷基體和纖維應該滿足結構件的使用環境要求。使用環境包括:工作最低溫度、最高溫度、濕度、工作介質的腐蝕性等。

2)陶瓷基體和纖維間彈性模量的匹配。當復合材料承受負載時,其應力和彈性模量服從加和原則[4]。 σc=σfVf+σmVm(1)

Ec=EfVf+EmVm

Vf+Vm= 1

上述方程中,σ表示承受的應力,V為體積分數,E為彈性模量。下標c、f、m分別代表復合材料、纖維、基體。

在復合材料斷裂前,基體和纖維其應變是一致的:

εc=εm=εf=σm/Em=σf/Ef(2)對於脆性基體復合材料,當基體的應變大於其臨界斷裂應變時基體發生斷裂。由於基體的彈性變形非常小,所以在基體斷裂瞬間,纖維並未充分發揮作用。假設基體斷裂時,它所承擔的應力分量全部轉移給纖維。此時復合材料所承擔的應力由式(1)和式(2)可得:

σc=σmu[1+Vf(EfEm-1)] (3)式中下標mu和f分別代表基體和纖維斷裂。從式(3)可看出,對於脆性基體復合材料,如果基體的斷裂應變小於纖維的斷裂應變,要想提高復合材料的強度,必須Ef大於Em,選擇高模量的纖維。這時Ef/Em越大,復合材料的強度越高。如果Ef小於Em,基體不僅得不到強化,反而會降低。

3)陶瓷基體和纖維的熱膨脹系數的匹配。復合材料組元之間必須要滿足物理化學相容性,其中最重要的就是熱膨脹系數的匹配。設αm、αfa、αfr分別代表基體、纖維軸向和纖維徑向熱膨脹系數的平衡值。則基體所承受的應力:

軸向 σa= (αm-αfa)ΔTEm(4)

徑向 σr= (αm-αfr)ΔTEm(5)

式中ΔT為應力馳豫溫度與室溫之差值,Em為基體的彈性模量。

如果αm>αfa,則σa為正值。復合材料冷卻後纖維受壓縮熱殘余應力,基體受拉伸熱殘余應力。這種熱殘余拉伸應力在材料使用時將疊加於外加拉伸載荷,對材料的強度不利。如果σa>σmu,材料在冷卻過程中就可能垂直於纖維軸向形成微裂紋網路,使材料的性能大大降低。如果αm<αfa,則σa為負值,纖維受熱殘余拉伸應力,基體受壓應力。這個應力可能抵消外加拉伸載荷,對材料性能的提高有益。但如果該應力過大,超過纖維的斷裂應力時,對強化不利。

如果αm>αfr,則σr為正,那麼纖維-基體界面則承受熱壓縮應力。過大的界面壓應力使復合材料在斷裂過程中難以形成纖維「脫粘」、「拔出」等吸能機制,對材料性能的提高不利。如果αm<αfr,則σr為負,那麼界面受拉應力,適當的拉應力是有益的。

4)材料應滿足結構的特殊要求,但組元之間不能發生明顯的化學反應、溶解和嚴重的擴散。而且在滿足性能要求的前提下,成本盡可能低。

2 CFCC的增韌機制

任何固體材料在載荷作用下,吸收能量的方式只有兩種:材料變形和形成新的表面[9]。對於脆性的陶瓷材料而言,材料只能發生很小的變形,只能增加斷裂表面,增加裂紋的擴展路徑來消耗能量。對於CFCC其增韌機理主要包括因模量差異而引起的載荷轉移、微裂紋增韌、裂紋偏轉、纖維脫粘和纖維拔出等[10]。在軸向力作用下,CFCC斷裂包括3個階段(如圖1(a)所示):OA段,此段應力水平較低,材料處於線彈性階段。在A點開始出現線性偏離,A點為基體的極限強度,基體開始出現裂紋。AB段,隨著應力的提高裂紋越來越多、越來越大[15]。在B點處復合材料內部纖維開始斷裂,即B點為CFCC的極限強度。與單相的陶瓷材料相比(如圖1(b)所示),雖然單相陶瓷的極限強度可能大於CFCC的極限強度,但是其應變值卻遠遠小於CFCC的應變值,因此CFCC的斷裂功遠大於單相陶瓷的斷裂功。BC段,隨著應力的繼續增加,纖維和基體脫粘,伴隨著纖維的斷裂和拔出(如圖2所示)。在軸向力作用下,CFCC的斷裂包括:基體開裂、纖維斷裂、纖維脫粘、纖維拔出和纖維斷裂等復雜過程。因此對於CFCC而言,纖維拔出和纖維橋接是主要的增韌

3 CFCC的製造方法

3.1 泥漿浸滲/熱壓法

這種方法是最早用於制備CFCC的方法,也是制備低熔點陶瓷基復合材料的傳統方法[18]。工藝要點如下:將纖維束連續通過含有粘結劑的泥漿中,將浸有漿料的纖維纏繞於滾筒上,製成無緯布,經切片、疊加、熱模壓成形和熱壓燒結制備出CFCC。泥漿浸滲/熱壓法工藝過程如圖3所示。

圖3 泥漿浸滲/熱壓法工藝過程示意圖

泥漿一般由液體介質、基體粉末和有機粘結劑組成,在熱壓過程中,隨著粘結劑的揮發、逸出,將發生基體顆粒的重新分布、燒結和粘結流動等過程,從而獲得緻密的復合材料。

張建良等在碳纖維表面塗敷SiC和SiO2,用熱壓法制備了碳纖維補強氧化鋁陶瓷基復合材料,使復合材料的彎曲強度增加47%,斷裂韌性增加58%[19]。雖然此法在製造玻璃及玻璃陶瓷基復合材料方面取得了較好的效果,但是泥漿浸滲/熱壓法存在以下不足而使其應用范圍受到限制[20]:只能製得一維或二維纖維強化復合材料,製造三維材料時,因熱壓使纖維骨架受到損傷;由於工藝的局限,難以製得形狀復雜的大型構件。

3.2 原位化學反應法/化學氣相滲透法[9]

化學氣相滲透法(Chemical Vapor Infiltration,CVI)是20世紀60年代中期在化學氣相沉積法(CVD)基礎上發展起來的,二者的區別在於CVD主要從外表面開始沉積,而CVI則是通過空隙滲入預制體內部沉積[21]。CVI是製造CFCC最適合的方法之一,用CVI法可以在低溫條件下製得高溫陶瓷基體,製得的復合材料具有良好的機械性能;它具有能在同一個反應爐中同時沉積多個或不同形狀的預製件,可方便地制備具有三維網路結構的CFCC以及可以通過控制沉積條件改變基體的顯微結構等優點[22]。但主要缺陷是只能沉積簡單的薄壁件,對於粗厚型件內部往往會出現孔洞,存在緻密性差,材料沉積不均勻的問題,同時其工藝周期特別長,制備成本高。為了獲得性能優良的CFCC,發展了各種CVI工藝,分為以下5類:均熱CVI法、熱梯度CVI法、激光CVI法、強制流CVI、微波CVI法等[23~26]。德國已經用CVI法制備出性能優異的二維SiC纖維增強陶瓷基復合材料,其彎曲強度達到500~560MPa、斷裂韌性為25MPa·m1/2。

3.3 溶膠-凝膠法及聚合物先驅體裂解法[5]溶膠-凝膠法及聚合物先驅體裂解法又稱先驅體轉化法或聚合物浸漬裂解法,是近期發展出的製造CFCC的新方法[27]。其主要工藝:將具有一定形狀的纖維坯體浸入多聚物液體中,使多聚物填滿纖維間的空隙,然後將多聚物在一定條件下固化後,在一定氣氛下使其發生高溫分解,便製得CFCC[28]。溶膠-凝膠法主要用於氧化物陶瓷基體,而先驅體轉化法主要用於非氧化物陶瓷基體。採用合適的聚合物裂解和多次浸漬的方法可以提高復合材料的緻密度和提高復合材料的力學性能。國防科學技術大學採用先驅體液相浸漬工藝制備三維編織連續纖維增強碳化硅陶瓷基復合材料[29~31],復合材料的彎曲強度達570MPa,斷裂韌性為18.25MPa·m1/2,材料的密度為1.7~1.9 g/c。此法的優點是裂解溫度低,材料制備過程中對纖維造成的熱損傷和機械損傷較小;可制備形狀復雜的異型構件。但這一工藝的缺點是燒結過程中基體出現較大的收縮;由於高溫裂解過程中有小分子逸出,材料空隙率較高緻密度低;為了達到較高的緻密度,必須經過多次浸滲和高溫處理,制備周期長。

3.4 熔融金屬直接氧化法[18](Lanxide法)熔融金屬直接氧化法是美國Lanxide公司首先提出並進行研究的,所以又稱為Lanxide法。目前此法主要用於以氧化鋁陶瓷為基體的CFCC,具體步驟如下:將編織成一定形狀的纖維預制體的底部與熔融的鋁合金接觸,在空氣中熔融的金屬鋁發生氧化反應生成Al2O3基體。Al2O3通過纖維坯體中的空隙由毛細管作用向上生長,最終坯體中的所有空隙被Al2O3填滿,製成緻密的CFCC。熔融金屬直接氧化法製造CFCC示意圖如圖4所示。

圖4 熔融金屬直接氧化法製造CFCC示意圖Lanxide法制備CFCC可以在900~1 000℃較低溫度下進行,對纖維熱損傷和機械損傷小,制備的復合材料具有高強度和高韌性;此法制備過程中不存在燒成收縮,也適合制備大型構件。但是由於復合材料中或多或少的會殘留有一定量的金屬,導致材料的高溫抗蠕變性能降低,所制備的材料緻密度較低[32]。

4 CFCC的界面改性

纖維與基體間界面的主要作用為傳遞作用和阻斷作用,而這種作用與纖維和基體間的界面特性密切相關。要想製得性能優異的復合材料,則復合材料必須滿足以下基本條件[5]:

1)纖維與基體間的界面結合適中;

2)纖維與基體間的物理和化學相容性好。

高溫處理是纖維和基體產生結合強度的必要過程,因此在復合材料中,纖維與基體的反應和互擴散作用以及兩者之間熱膨脹系數的差異等使界面的形狀、尺寸、成分和結構變得十分復雜。為了獲得高強度高韌性的CFCC,必須嚴格控制纖維和基體間的界面結構與性能,使復合材料滿足上述基本條件,從而獲得較好的實現纖維的補強增韌作用。目前,較理想的方法是界面改性,主要是通過在纖維與基體間設計界面相來改善纖維與基體的界面特性,從而達到改善復合材料性能的要求。界面相應該具有以下功能:①傳遞載荷作用。纖維是主要的載荷承擔者,因此界面相應有足夠的強度使纖維承受大部分載荷。②緩解作用。界面相應具備緩解纖維與基體間界面殘余熱應力的作用,而且能降低纖維與基體間的互擴散。③松粘作用。界面相能使裂紋發生偏轉,從而阻止裂紋進一步向纖維內部擴展[33~36]。

界面改性最主要的方法是引入第三相來阻止纖維與基體間的界面反應,具體方法有[37~40]:①纖維表面塗層(單一塗層或復合塗層);②採用復合纖維;③添加組分在界面處形成偏聚來改善界面特性。由於纖維表面塗層工藝簡單、效果好,因此在制備CFCC中得到廣泛應用。

5 結語

由於連續纖維增強陶瓷基復合材料有著優異的力學性能和優良的高溫性能,特別是在燃氣渦輪、發動機的葉片、高速軸承、活塞、太空梭的防熱體等都有重要的應用。近年來世界各國如美國、日本、德國、中國等都對CFCC的研究投入較多,纖維增強陶瓷基復合材料必然將成為今後材料研究的熱點。但是,目前CFCC的制備工藝還不完善,而且目前研究最多的是非氧化物纖維,這就給CFCC在高溫高氧化條件下的應用帶來了局限。因此,氧化物纖維增強陶瓷基復合材料的應用必然是未來研究的一個重要方向。纖維表面塗層技術是提高纖維增韌效果的一種有效途徑,研究更加簡單方便的塗層工藝是我們當前研究工作的重點。

『柒』 陶瓷基復合材料的介紹

陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結構陶瓷。這些先進陶瓷具有耐高溫、高強度和剛度、相對重量較輕、抗腐蝕等優異性能，而其致命的弱點是具有脆性，處於應力狀態時，會產生裂紋，甚至斷裂導致材料失效。而採用高強度、高彈性的纖維與基體復合，則是提高陶瓷韌性和可靠性的一個有效的方法。纖維能阻止裂紋的擴展，從而得到有優良韌性的纖維增強陶瓷基復合材料。

『捌』 陶瓷基復合材料的應用

在知道里找專業文獻不是太妥當，建議你到中國知識資源總庫去查找國內外發表的期刊，這樣可以找到國內外已經公開發表的所有相關文獻資料。一般圖書館和大學可以查找，好一些的研究所也可以查找。

『玖』 金屬可否作為陶瓷基復合材料的纖維增強材料

答：
復合材料 是一種混合物。
復合材料按其組成分為金屬與金屬復合材料、非金屬與金屬復合材料、非金屬與非金屬復合材料。按其結構特點又分為：
①纖維增強復合材料。將各種纖維增強體置於基體材料內復合而成。如纖維增強塑料、纖維增強金屬等。
②夾層復合材料。由性質不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強度高、薄；芯材質輕、強度低，但具有一定剛度和厚度。分為實心夾層和蜂窩夾層兩種。
③細粒復合材料。將硬質細粒均勻分布於基體中，如彌散強化合金、金屬陶瓷等。
④混雜復合材料。由兩種或兩種以上增強相材料混雜於一種基體相材料中構成。與普通單增強相復合材料比，其沖擊強度、疲勞強度和斷裂韌性顯著提高，並具有特殊的熱膨脹性能。分為層內混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內/層間混雜和超混雜復合材料。
復合材料主要可分為結構復合材料和功能復合材料兩大類。
結構復合材料是作為承力結構使用的材料，基本上由能承受載荷的增強體組元與能連接增強體成為整體材料同時又起傳遞力作用的基體組元構成。增強體包括各種玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬以及天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等，基體則有高聚物(樹脂)、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。由不同的增強體和不同基體即可組成名目繁多的結構復合材料，並以所用的基體來命名，如高聚物(樹脂)基復合材料等。結構復合材料的特點是可根據材料在使用中受力的要求進行組元選材設計，更重要是還可進行復合結構設計，即增強體排布設計，能合理地滿足需要並節約用材。
功能復合材料一般由功能體組元和基體組元組成，基體不僅起到構成整體的作用，而且能產生協同或加強功能的作用。功能復合材料是指除機械性能以外而提供其他物理性能的復合材料。如：導電、超導、半導、磁性、壓電、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防熱、吸聲、隔熱等凸顯某一功能。統稱為功能復合材料。功能復合材料主要由功能體和增強體及基體組成。功能體可由一種或以上功能材料組成。多元功能體的復合材料可以具有多種功能。同時，還有可能由於復合效應而產生新的功能。多功能復合材料是功能復合材料的發展方向。

『拾』 陶瓷基復合材料有什麼作用

由纖維增強陶瓷的陶瓷基復合材料既可保留陶瓷材料耐高溫、高硬高強和耐磨蝕的性能，同時又克服了陶瓷的脆性，陶瓷基復合材料可滿足1200℃～1900℃的使用條件。人造地球衛星、載人宇宙飛船等的發射成功，取決於稱為「燒蝕材料」的陶瓷基復合材料，當宇宙飛行器從外層空間返回地球時，稠密的大氣層是它的必經之地，高速的飛行速度使飛行器和空氣之間產生強烈的摩擦，由此而放出的熱量瞬間可高達8000℃～10000℃，「燒蝕材料」此時吸收大量的熱燒掉自己的一部分，與些同時使周圍的溫度降低，以保證飛行器本體安然無恙。

陶瓷基復合材料除了用於航空航天部件，還可用於滑動構件、發動機部件和刀件具等。法國用長纖維增強碳化硅復合材料作為超高速列車的制動機，其優異的摩擦磨損特性是傳統制動件無法相比的。

陶瓷基復合材料以優異的耐高溫和耐磨損性能取勝於其他復合材料，但由於價格昂貴使其應用受到一定限制。

先進復合材料為航天航空事業做出了重大貢獻，最新研究結果表明，在某些特種飛機上先進復合材料用量已佔50%以上，美國最新生產的具有隱身功能的轟炸機B-2，其機體的結構材料幾乎全是復合材料。當今先進復合材料已廣泛擴展到其他領域，如用復合材料製成的箭，其箭桿重量減輕4%，命中率也大大提高。在汽車工業領域，用先進復合材料製成的製件代替同樣性能的鋼製件，可減重70%左右，而且在工藝上可一次成型，可用來製造汽車車體、受力構件、發動機架和內部構件。先進復合材料在化工、紡織業、醫療和精密儀器等領域也發揮著不可估量的作用。

先進復合材料的研究十分活躍，發展趨向有以下特點：由宏觀復合向微觀復合發展；由增強性的雙元混雜向超混雜復合發展；由結構復合向多功能復合發展。復合材料除具有力學性能外，還有其他如電、磁、光等性能。