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陶瓷基复合材料的研究现状与发展前景

课程名称:复合材料

学生姓名：费勇

学号：201010402209

班级：功能材料

日期：2013年12月

陶瓷基复合材料的研究现状与发展前景

摘要：本文介绍了三种陶瓷基复合材料，分别从氧化物陶瓷基复合材料的发展历史，制备工

艺，性能与应用，存在的问题，未来展望等几方面综述了国内外氧化物陶瓷基复合材料的研

究现状。介绍了碳化硅陶瓷基复合材料的应用和发展现状,阐述了CVI-CMC-SiC制造技术在

我国的研究进展,开展了CVI-CMC-SiC的性能与微结构特性的研究和CVI过程控制及其对

性能影响的研究,研制了多种CMC-SiC和其构件。阐述了用燃烧法合成氮化物陶瓷基复合材

料的生产工艺。

关键词：发展历史、生产工艺、性能、应用、CVI技术、燃烧合成

1.发展历史

1.1概述

陶瓷基复合材料(Ceramicmatrixcomposite,CMC)是在陶瓷基体中引入第二

相材料,使之增强、增韧的多相材料,又称为多相复合陶瓷

(Multiphasecompositeceramic)或复相陶瓷(Diphaseceramic)[1]。陶瓷基复合材

料是20世纪80年代逐渐发展起来的新型陶瓷材料,包括纤维(或晶须)增韧(或

增强)陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、

梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。其因具有耐高温、耐磨、抗高温蠕

变、热导率低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、强度高、硬度大及介电、透波

等特点,在有机材料基和金属材料基不能满足性能要求的工况下可以得到广

泛应用,成为理想的高温结构材料。文献[2]报道,陶瓷基复合材料正是人们预

计在21世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构的首选材料。鉴于此,

许多国家都在积极开展陶瓷基复合材料的研究,大大拓宽了其应用领域,并相

继研究出各种制备新技术[3]

1.2分类

陶瓷基体材料主要以结晶和非结晶两种形态的化合物存在，按照组成化合物

的元素不同，又可以分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。此外，

还有一些会以混合氧化物的形态存在。

1.2.1氧化物陶瓷基体

(1)氧化铝陶瓷基体

以氧化铝为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷，氧化铝仅有一种热动力学稳定

的相态。氧化铝陶瓷包括高纯氧化铝瓷，99氧化铝陶瓷，95氧化铝陶瓷，85

氧化铝陶瓷等

(2)氧化锆陶瓷基体

以氧化锆为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。氧化锆密度5.6-5.9g/cm3，熔点

2175℃。稳定的氧化锆陶瓷的比热容和导热系数小，韧性好，化学稳定性良

好．高温时具有抗酸性和抗碱性。

1.2.2氮化物陶瓷基体

(1)氮化硅陶瓷基体

以氮化硅为主要成分的陶瓷称氮化硅陶瓷，氮化硅陶瓷有两种形态。此外氮

化硅还具有热膨胀系数低，优异的抗冷热聚变能力，能耐除氢氟酸外的各种

无机酸和碱溶液，还可耐熔融的铅、锡、镍、黄钢、铝等有色金属及合金的

侵蚀且不粘留这些金属液。

(2)氮化硼陶瓷基体

以氮化硼为主要成分的陶瓷称为氯化硼陶瓷。氮化硼是共价键化合物[4~5]

1.2.3碳化物陶瓷基体

以碳化硅为主要成分的陶瓷称为碳化硅陶瓷。碳化硅是一种非常硬和抗磨蚀

的材料，以热压法制造的碳化硅用来作为切割钻石的刀具。碳化硅还具有优

异的抗腐蚀性能，抗氧化性能

(1)碳化硼陶瓷基体

以碳化硼为主要成分的陶瓷称为碳化硼陶瓷。碳化硼是一种低密度、高熔点、

高硬度陶瓷。碳化硼粉末可以通过无压烧结、热压等制备技术形成致密的材

料。[6]

2、制备工艺

2.1氧化物陶瓷基复合材料的制备工艺

2.1.1原位合成法[7~8]

目前，在原位法制备铝基复合材料的研究中，用来增强基体的陶瓷颗粒

主要有TiC以及Al2O3两大类。生成TiC的原位反应为Ti+C反应体系，而生成

Al2O3。颗粒的反应为金属氧化物MO+Al