高性能复合材料.pptVIP

一、引言 超音速飞行发动机热结构材料 陶瓷材料 陶瓷基复合材料 连续纤维增韧陶瓷基复合材料 各种复合材料性能对比 连续纤维增韧陶瓷基复合材料的战略地位 美国国家科学研究院受国防部委托，经过3年调查，2003年发表的“面向21世纪国防需求的材料研究”报告中指出：“根据目前各种材料的发展状况，到2020年，复合材料最有潜力获得20-25%的性能提升。其中，陶瓷基和聚合物基复合材料的密度、刚度、强度、韧性和高温能力都可能有如此大的改善” ，被列为最优先研究的材料。 二、陶瓷材料 反应烧结氮化硅陶瓷 无压烧结氮化硅陶瓷 热压烧结氮化硅陶瓷 热等静压烧结氮化硅陶瓷 反应烧结氮化碳化硅 自增韧氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷的制备方法 氮化硅陶瓷的应用 氮化硅陶瓷的应用 三、玻璃陶瓷基复合材料 玻璃陶瓷 玻璃陶瓷基复合材料的微结构 玻璃陶瓷基复合材料的性能 玻璃陶瓷基复合材料的性能 玻璃陶瓷基复合材料的制造方法 玻璃陶瓷基复合材料的应用 四、氧化物陶瓷基复合材料 氧化物陶瓷基复合材料 氧化物复合材料的稳定性 氧化物复合材料的纤维和基体 氧化物复合材料抗环境腐蚀涂层 氧化物复合材料制备方法 氧化物复合材料的应用 氧化物复合材料的应用 氧化物复合材料的应用 五、碳化硅陶瓷基复合材料 5.1 CMC-SiC的特点 结构单元作用：仿生结构和功能失效机制 2、断裂特征 使用温度对比(航空发动机) 密度对比 (航空发动机) 热膨胀系数变化小 可实现各种连接 5.2 CMC-SiC的主要制备方法 CVI PIP RMI RMI+Slurry CMC-SiC制备方法比较 建立了可工程化的设备平台 5.3 CMC-SiC的应用进展 1、航空发动机 国际总体情况 喷管调节片和密封片等构件已经完成全寿命验证 进入实际应用和批量生产阶段(1200?C/100小时) 燃烧室火焰筒和内外衬等构件正进行全寿命验证 可望进入实际应用阶段(1200?C/500小时) 涡轮转子和导向叶片等构件还处于考核探索阶段 使用寿命与应用要求相差甚远(1200?C/3.5小时) 法国Snecma公司生产的CMC-SiC调节片、密封片在Rafale战斗机的M53-2和M88-2发动机上已装机使用10年 2、高比冲液体火箭发动机 3、助推固体火箭发动机 4、冲压发动机 5、高超声速飞行器 6、高速刹车系统 7、工业燃气涡轮机发电机组 8、核聚变反应堆（SiC/SiC） 国际现状：核聚变反应堆第一壁 9、超轻结构反射镜(C/SiC) 国际现状：超轻结构反射镜 5.4 CMC-SiC的发展趋势 CMC-SiC体系的拓展 1、更长寿命材料体系 2、超高温陶瓷材料体系 3、结构功能CMC 5.5 我国CMC-SiC发展的瓶颈 1、连续碳化硅纤维的研制 在厦门大学建成连续纤维实验室 2、CMC工程中心的进展 扇形涡轮外环试验成功，表明使用CMC构件大大节约冷却气量、提高工作温度、降低结构重量，提高使用寿命 民用 B777/Trend800(美/英) 成功用于燃烧室 9~10 F118F/F414(美) 作尾喷管调节片试验成功 9~10 阵风/M88-III(法) 燃烧室、火焰稳定器和尾喷管调节片分别通过军用发动机试验台、军用验证发动机严格审定，证明CMC未受高温高压损伤 10 EF2000/EJ200(欧) 矢量喷管内壁板代替高温合金有效地减重，解决了飞机重心后移问题 10 F22/F119（美） 应用部位和效果 推重比 飞机/发动机型号 验证机种 接替高温合金，减重 70%，提高工作温度200~500℃ 验证的典型构件 700?C 减重50% 疲劳寿命 优于高温合金 调节片和密封片已经应用 主要用于推力室和喷管，提高燃烧室压力和寿命，减少再生冷却剂量，实现轨道动能拦截系统的小型化和轻量化 主要用于推力室和喷管，可显著碱重，提高推力室压力和寿命，同时减少再生冷却剂量，实现轨道动能拦截系统的小型化和轻量化。 主要用于燃烧室和喷管喉衬，解决有限寿命服役的抗氧化烧蚀难题，保证飞行器长航程 燃烧室与喷管 用于大面积热防护系统(TPS)，比金属的减重50％， 提高安全性和使用寿命，减少发射准备程序，减少维护，降低成本 ▼ 新一代战斗机，也可用于民机、高速列车、赛车和跑车 ▼ 比C/C刹车材料制备周期短、成本低、强度高、动静摩擦系数高且匹配好，湿态恢复快 燃烧室内衬 过渡段接口 第一级喷嘴 第一级叶片 第一级覆环 主要用于燃烧室内衬和第一级覆环，可提高工作温度、减少或无需冷却空气，从而提高燃烧效率和输出功率、减少尾气排放 SiC/SiC SiC/SiC 用于核聚变反应器的第一壁构件，解决高温强辐照的损伤问题，是目前首选的第一壁材料。 ▼ 进行了系统的高温辐照实验，