陶瓷基复合材料制备技术进展Ⅱ、发展特点及趋势.pdfVIP

管使压力容器1中的压力增高，陶瓷浆料在压力怍用下通过输浆管5进入多7L模型。部分液 态介质在压力的作用下通过模型滤水孔进入模型体或排出模型体，固相颗粒则紧密排列 成坯层并逐渐增厚，最终形成坯体。实验已证明用此装置成型的坯体显微均匀性很好…1。 4．】．3陶瓷基复合材料的常压烧结 采用传统粉末工艺技术制备陶瓷基复合材料时，在成型坯体的致密化过程中，一些复 合相如颗粒、短纤维、片晶或晶须等在烧结过程中不再收缩，可以看成是刚性的第二相夹 褰体，由于这些夹裹体的存在，使得基体材料本身的烧结致密化速率大大降低”“。对于第 二相体积含量较低的陶瓷基复合材料，致密化速率的降低是由于烧结时基体产生较大的 应力“2I及俦质路径的增加所致。当第二相体积含量很高时，则不收缩的刚性夹裹体会形 成一同架结构而使致密化受制n“。另外，基体和第二相间的不良润湿电会导致烧结过程 的致密化受阻”“。如图3(a)所示，基体与短纤维间不润湿，导致基体相在复台材料体系中 的分布对致密化产生一阻碍作用，这就饔求在制备时对纤维表面进行改性处理。 图3．基体与纤维间不同润湿性所致的陶瓷基复合材料中基体相的分布状况 如前所示，由于陶瓷基复合材料烧结时刚性夹裹体的存在会导致阻碍致密化的应力 的存在。而基体相中所形成的非晶态相在高温下的粘性流动会使这一应力得以松弛。根据 这一原理，可以采用溶胶一凝胶工艺制备复合材料非晶态基体相，因为其致密化温度低， 因此可以使复合材料在非晶态状态(即结晶化前)下烧结致密化。然后再热处理使其结晶 化，这样便可以利用非晶态材料粘性流动快速致密化的特点达到较高的致密度而最终获 得高温性能更好的晶态基体复台材料。例如用溶胶一凝胶法制备的堇青石／碳化硅晶须复 合材料在1100℃下常压烧结致密度可达理论密度的94％，其基体在1200℃便可以结晶化 以获得晶态堇青石／碳化硅晶须复台材料““。在一些非氧化物基体体系中，如氮化硅基复 合材料制备过程中，适当选择在适当温度下热处理可以结晶化的氧化物添iJllJf,J及溶胶一 凝胶氧化物添加剂，使其在高温下烧结时形成液相，促进烧结过程的致密化，然后在烧成 后通过热处理使这种非晶态相结晶化，则可以获得高温性能很好的陶瓷基复合材料。 4．2陶瓷基复合材料的特种制备技术 近年来，很多研究者均对陶瓷基复合材料的制备技术进行了大量研究工作，已取得的 结果令人鼓舞并激励更深入的研究。 819 由于一些增强(复合)相在高温下会发生退化，陶瓷基复合材料制备应当采用低温制 备技术。目前较为成功的或有希望的几种制备工艺各有其特点，并分别适合于不同类型的 复合材料体系。 化学气相沉积(CVI)工艺是目前陶瓷基复合材料应用中最大的商业成功，它首先是 从半导体工业的cVD技术演化而来的．最早由法国SEP及CNRS等饥构开发。他们制备 SiC，／SiC等材料，后来美国()RNLX十该工艺进行了改进，在制备过程中于陶瓷基复合材料 于型上引入了温度梯度，这样～方面可以使沉积过程优先在予型内部进行，另一方面大大 加快了沉积速度，可以使其在24小时内沉积25ram厚。这种工艺的潜在优点在于基体能很 好地覆盖纤维表面、可控制基体的化学配比、晶型及沉积形态并且纯度高、基体无收缩，但 此种工艺的缺点也很多，主要是成本高、有腐蚀性、有毒、反应物易爆及沉积速率低等u到 目前为止化学气相沉积技术制备的陶瓷基复台材料的强度均偏低。此外此技术主要适用 ：Y-Sic，／Sic及e，／SiC等俸系。其它体系由于沉积困难或速率太低而开展的研究很少。 无机聚合物浸渍热解转化工艺是基于某些陶瓷有机物前驱体在高温下的热分解过程 的。这些无机聚合物在高温下热分解可以形成陶瓷固相，可以作为陶瓷基复合材料的基 体。该技术的优点是可以在低温下实现陶瓷化制备，并且可望采用与有机聚合物复合材料 相类似的技术制备陶瓷基复合材料。但由于目前陶瓷有机物前驱体的转化产率较低，产物 组成、结构与性能均较难满足陶瓷基复合材料的需求，需重复进行多次浸溃及热解工艺方 可获得较高的基体密度。目前除C基外，其它陶瓷基复台材料的制备采用这种技术还处于 初步阶段。近年来由美国多家机构联合开发的Lc3技术是该技术的一个有希望的发展方 向n“。 制备复合材料的一种新工艺。其最成功的应用为氧化铝／铝复合材料，由于加入了Si、Mg 等添加剂使液态铝与氧反应的速率大大提高。制备的复合材料室温性能很好。其室温抗折 强度达997MPa，室温断裂韧性达29MPam“。但由于这种材料氧化铝基