Cha7陶瓷基复合材料3-4

陶瓷基复合材料及其应用陶瓷基体是陶瓷基复合材料的主要组成部分，常见的陶瓷基体有氧化铝、硼化硅、碳化硅等。

这些陶瓷基体具有高硬度、高强度和高抗磨损性能，可以提供复合材料的基本力学性能。

增强材料常用的有碳纤维、陶瓷纤维等。

这些增强材料可以增加复合材料的强度和韧性，提高其抗拉、抗弯和抗冲击等性能。

1.机械工程领域：陶瓷基复合材料具有优异的耐磨损性能和高温强度，因此在机械零部件的制造中得到广泛应用。

例如，在汽车制动系统中使用的陶瓷基复合材料制动片，可以提供更好的制动效果和更长的使用寿命。

2.航空航天领域：陶瓷基复合材料具有低密度和高温性能优异的特点，可以用于制造航空发动机的叶片、涡轮和导向叶片等关键部件。

这些材料可以在高温条件下提供更好的性能和更长的使用寿命。

3.化工工业领域：陶瓷基复合材料具有优异的耐腐蚀性能，可以在强酸、强碱和高温环境下使用。

因此，在化工工业中常用陶瓷基复合材料制造化工设备，如塔板、泵壳和阀门等。

4.电子和光电领域：陶瓷基复合材料具有优异的绝缘性能和热性能，可以用于制造高温电子器件和光学器件。

例如，在半导体工业中常用陶瓷基复合材料制造高温封装和散热器件。

5.医疗器械领域：陶瓷基复合材料具有生物相容性良好的特点，可以用于制造人工关节、牙科种植体和骨修复材料等医疗器械。

这些材料可以提供更好的生物相容性和更长的使用寿命。

陶瓷基复合材料的研究也面临一些挑战和机遇。

其中，陶瓷基体与增强材料之间的界面问题是一个关键问题。

界面的结合强度和界面的耐热性能对陶瓷基复合材料的综合性能有重要影响。

因此，如何控制和改善陶瓷基复合材料界面的性能是目前研究的热点之一、此外，陶瓷基复合材料的制备工艺和成本也是研究的重点之一，如何开发新的制备工艺和提高生产效率是当前的挑战。

总之，陶瓷基复合材料具有广泛的应用领域和重要的研究价值。

随着科学技术的不断进步，相信陶瓷基复合材料在各个领域将有更加广泛的应用和发展。

陶瓷基复合材料行业定义与主要产品
陶瓷基复合材料行业主要指的是以陶瓷为基体，结合各种纤维或第二相材料制成的复合材料产业。

这一行业的主要产品包括了以下几类：
1. 氮化硅基复合材料: 氮化硅（Si3N4）是一种高温结构陶瓷，具有优异的耐高温、高强度和刚度特性，同时重量相对较轻且抗腐蚀。

它通常用作陶瓷基复合材料的基体。

2. 碳化硅基复合材料: 类似于氮化硅，碳化硅（SiC）也是一种高温结构陶瓷，同样适用于作为陶瓷基复合材料的基体材料。

3. 颗粒增韧复合材料: 通过在陶瓷基体中引入颗粒状的增韧材料来提高材料的韧性和可靠性。

4. 晶须增韧复合材料: 利用晶须这种针状单晶纤维来增强陶瓷基体的强度和韧性。

5. 层状增韧复合材料: 通过层状结构的设计来实现增韧效果，提高材料的断裂韧性。

6. 连续纤维增韧复合材料: 使用连续的纤维与陶瓷基体复合，纤维的作用是阻止裂纹扩展，从而大幅提升材料的韧性。

这些材料因其独特的性能优势，如耐高温、高强度、轻质和耐腐蚀等，广泛应用于机械、化工、电子技术等领域。

特别是在需要耐高温和耐磨的环境中，例如航空航天、汽车制造、能源生产和加工工业等高技术领域，陶瓷基复合材料发挥着至关重要的作用。

第四节陶瓷基复合材料（CMC）1.1概述工程中陶瓷以特种陶瓷应用为主，特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度高以及耐腐蚀件好等特点，已广泛用于制做剪刀、网球拍及工业上的切削刀具、耐磨件、发动机部件、热交换器、轴承等。

陶瓷最大的缺点是脆性大、抗热震性能差。

与金属基和聚合物基复合材料有有所不同的，是制备陶瓷基复合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的韧性。

特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了大量的断裂能量，使韧性得以大幅度提高。

表6—1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺寸大小的比较。

很明显连续纤维的增韧效果最佳，其次为品须、相变增韧和颗粒增韧。

无论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较大提高，而且也使临界裂纹尺寸增大。

陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物纳构远比金属与合金复杂得多。

使用最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。

陶瓷材料中的化学键往注是介于离子键与共价键之间的混合键。

陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。

从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。

碳纤维是用来制造陶瓷基复合材料最常用的纤维之一。

碳纤维主要用在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件，在1500霓的温度下，碳纤维仍能保持其性能不变，但对碳纤维必须进行有效的保护以防止它在空气中或氧化性气氛中被腐蚀，只有这样才能充分发挥它的优良性能。

其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。

陶瓷材料中另一种增强体为晶须。

晶须为具有一定长径比(直径o 3。

1ym，长30—lMy”)的小单晶体。

从结构上看，晶须的特点是没有微裂纹、位偌、孔洞和表面损伤等一类缺陷，而这些缺陷正是大块晶体中大量存在且促使强度下降的主要原因。

在某些情况下，晶须的拉伸强度可达o．1Z(Z为杨氏模量)，这已非常接近十理论上的理想拉伸强度o．2Z。

陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和增强相组成的新型材料。

陶瓷基复合材料具有优异的耐高温、耐磨损、耐腐蚀性能，因此在航空航天、汽车制造、机械制造等领域有着广泛的应用。

本文将从材料特性、制备工艺、应用领域等方面对陶瓷基复合材料进行介绍。

首先，陶瓷基复合材料的材料特性是其具有的重要特点之一。

陶瓷基复合材料具有高温强度高、热震稳定性好、耐磨损、耐腐蚀等优异性能。

这些特性使得陶瓷基复合材料在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下能够发挥出色的性能，因此在航空航天领域得到了广泛的应用。

其次，陶瓷基复合材料的制备工艺是影响其性能的重要因素之一。

陶瓷基复合材料的制备工艺包括原料的选择、配比、成型、烧结等多个环节。

其中，原料的选择和配比直接影响着复合材料的成分和性能，而成型和烧结工艺则决定了复合材料的内部结构和组织。

因此，制备工艺的优化对于提高陶瓷基复合材料的性能具有重要意义。

最后，陶瓷基复合材料在航空航天、汽车制造、机械制造等领域有着广泛的应用。

在航空航天领域，陶瓷基复合材料被用于制造发动机涡轮叶片、导向器、复合材料轴承等部件，以提高其耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能。

在汽车制造领域，陶瓷基复合材料被用于制造发动机零部件、刹车盘、离合器等，以提高汽车的性能和安全性。

在机械制造领域，陶瓷基复合材料被用于制造轴承、密封件、刀具等，以提高机械设备的使用寿命和性能。

总之，陶瓷基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景。

随着科学技术的不断进步，陶瓷基复合材料将在更多领域得到应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。

陶瓷基C/C复合材料加工经验分享航天四院李斌斌1 SiC纤维预浸体精密切片普通碳纤维预浸体已经有相对成熟的切片工艺。

对SiC纤维来讲，由于纤维的高硬度，使得普通的切片刀具快速磨损钝化。

这类切片，一般由镀金刚石的微型锯片旋转切割实现，预浸体附着在含真空吸附功能的床体上。

为了提高切割速度，减小切割力，机床配备了超声辅助震动。

但是，依赖传统机械加工的切片容易造成卷边和纤维破坏的问题。

2 致密件的加工工艺，致密件的加工主要包括切边、钻孔、三维成型和微槽成型。

2.1 精密修边CMC器件雏形往往需要精密切边以实现配合所需的精度。

在材料加工过程中，需要将平板CMC加工成疲劳及拉伸测试件等。

CMC的厚度一般在6mm以内，少数超过10mm。

切边的主要质量要求是：加工的一致性，如宽度的加工误差分布；加工上下表面完整性，有无崩边剥落；有无微裂纹和热影响区；加工面的粗糙度如何；加工速度如何；成本如何等。

目前主要依靠金刚石刀具磨削进行精密切边，包括一些大的圆弧，采用成型磨具磨削成型。

其优点是尺寸可以精确控制，磨削面光洁度较好。

缺点是刀具磨损严重，导致加工一致性较难控制；此外，很难完全避免上下面的崩口现象。

水刀利用高速磨粒冲击实现切割，常规分辨率在0.5mm以上，切缝往往高达1mm。

优点是切割速度和深度能力好，缺点是容易造成材料的撕裂和表面崩口，并容易造成切口附近区域的损伤。

总体上，目前的水刀技术不宜用于精密CMC修边，但可以用于粗加工。

微细水刀或许可以提供新的可能性。

美国福禄微细水刀的分辨率可以达到80~200μm，目前已经在军工系统应用，但该项技术对国内出口禁运。

国内水刀厂家目前只有普通水刀技术，电火花加工用成型工具和工件间的放电热效应实现去除加工。

CMC有微电导性，可以实施EDM。

国外尝试过增加CMC导电性以更好地使用EDM工艺。

对精密修边来讲，EDM技术可以使用，但速度偏慢。

普通超声加工依靠工具高频振动带动磨粒去除材料。

纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺纤维增强陶瓷基复合材料因其卓越的力学性能和高温稳定性而在航空航天、汽车、能源等领域得到广泛应用。

制备这种复合材料的方法有很多，以下是其中几种常见的制备工艺：一、预制法预制法是一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的方法，其基本步骤包括制备增强纤维预制体、浸渍陶瓷基体材料和烧结或热压等。

在预制法中，增强纤维预制体的制备是关键步骤之一。

根据所需的形状和尺寸，可以采用不同的编织技术，如机织、针织、非织造等方法制成预制体。

增强纤维的选择也至关重要，常用的有玻璃纤维、碳纤维、氧化铝纤维等。

浸渍陶瓷基体材料是将增强纤维预制体浸入陶瓷基体溶液中，使其均匀涂覆在纤维表面。

这一步可以借助浸渍、涂刷或喷涂等方法实现。

陶瓷基体材料的选择应与增强纤维相容，并具有高温稳定性、良好的力学性能和化学稳定性。

最后一步是烧结或热压，通过控制温度和压力，使陶瓷基体与增强纤维紧密结合在一起，形成致密的复合材料。

烧结或热压的条件应根据陶瓷基体和增强纤维的特性进行选择，以确保最佳的结合效果。

预制法的优点在于可以制备形状复杂的复合材料，适用于制备大型部件。

同时，增强纤维预制体的可设计性较高，可以根据实际需求调整纤维的排列和密度，从而优化复合材料的性能。

然而，预制法也存在一些局限性，如增强纤维预制体的制备较为复杂，且陶瓷基体与增强纤维之间的界面结合强度可能较低。

为了提高预制法纤维增强陶瓷基复合材料的性能，可以采取一些措施，如优化增强纤维预制体的制备工艺、选择合适的陶瓷基体材料和优化烧结或热压条件等。

此外，对界面进行改性处理也是提高复合材料性能的有效途径，如采用偶联剂、涂层等方法改善界面结合强度。

二、直接法直接法是一种将增强纤维直接混合到陶瓷基体中的制备工艺。

直接法是一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的方法，其基本原理是将增强纤维直接与陶瓷基体材料混合在一起，然后通过热压或注射成型等方法制成复合材料。

在直接法中，首先将增强纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）与陶瓷粉末混合在一起，形成均匀的混合物。

陶瓷基复合材料概述陶瓷基复合材料的基本构成包括陶瓷基体和增强相。

陶瓷基体是复合材料的主要组成部分，其主要作用是提供材料的整体力学性能和化学稳定性。

常见的陶瓷基体材料包括氧化铝、碳化硅、氮化硼等。

增强相通常由纤维、微颗粒或涂层等形式存在，其主要作用是增强材料的力学性能。

常用的增强相材料包括碳纤维、硅碳纤维、碳化硅颗粒等。

陶瓷基复合材料的制备方法主要包括增强相预浸料注浆成型、陶瓷基体浸渍和化学气相沉积等。

增强相预浸料注浆成型是指将增强相（如碳纤维布或纱线）经过预处理后，浸渍在浆料中，制备成具有一定形状和大小的增强相预浸料；陶瓷基体浸渍是将陶瓷基体浸泡在含有滞留剂的浆料中，使其吸附一定量的浆料，然后经过干燥和烧结等工艺得到复合材料；化学气相沉积是利用化学反应在陶瓷基体表面生成陶瓷薄膜，然后在其表面沉积增强相。

陶瓷基复合材料具有许多优越的性能，例如高温强度、高刚度、低热膨胀系数、优良的耐腐蚀性和较高的抗摩擦性能等。

这些性能使得陶瓷基复合材料在高温、高压、强腐蚀等恶劣条件下能够更好地发挥作用。

此外，陶瓷基复合材料还具有良好的抗热冲击性能和较低的密度，使其具备轻量化设计的优势。

陶瓷基复合材料在航空航天领域有广泛的应用。

例如，在航空发动机的制造中，使用陶瓷基复合材料可以减轻发动机重量、提高燃烧效率和减少燃料消耗。

此外，在航空航天器的外壳、导向系统和推进系统中也常使用陶瓷基复合材料，以提高材料的耐高温性能和抗氧化性能。

在汽车制造领域，陶瓷基复合材料可以用于发动机部件、制动系统和排气系统等关键部位，以提高汽车的安全性能、降低能源消耗和减少尾气排放。

陶瓷基复合材料的高温性能和耐腐蚀性能使其成为替代传统金属材料的理想选择。

在能源领域，陶瓷基复合材料可以用于核能装置、燃料电池和太阳能电池等设备，以提高能量转化效率和延长设备寿命。

陶瓷基复合材料的高温稳定性和化学稳定性使其在能源应用中具有重要的地位。

此外，陶瓷基复合材料还可用于电子器件、石油化工、医疗器械和船舶制造等领域。

陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料沈卫平一、陶瓷基复合材料概述特种陶瓷具有优秀的力学性能、耐磨性好、硬度高及耐腐蚀性好等特点但其脆性大耐热震性能差而且陶瓷材料对裂纹、气孔和夹杂等细微的缺陷很敏感。

陶瓷基复合材料使材料的韧性大大改善同时其强度、模量有了提高。

颗粒增韧陶瓷基复合材料的弹性模量和强度均较整体陶瓷材料提高但力–位移曲线形状不发生变化而纤维陶瓷基复合材料不仅使其弹性模量和强度大大提高而且还改变了力–位移曲线的形状（图）。

纤维陶瓷基复合材料在断裂前吸收了大量的断裂能量使韧性得以大幅度提高。

图–陶瓷基复合材料的力–位移曲线表–不同金属、陶瓷基体和陶瓷基复合材料的断裂韧性比较材料整体陶瓷颗粒增韧相变增韧AlBBOBBSiCAlBBOBBTiCSiBBNBBTiCZrOBBMgOZrOBBYBBOB BZrOBBAlBBOB断裂韧性MPamPP~~~~~~裂纹尺寸大小,m~~~~~~表–不同金属、陶瓷基体和陶瓷基复合材料的断裂韧性比较材料晶须增韧纤维增韧SiCAlOSiC硼硅玻璃SiC锂铝硅玻璃铝钢断裂韧性MPamPP~~~~~裂纹尺寸大小,m~二、陶瓷基复合材料的制备工艺、粉末冶金法原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂）均匀混合（球磨、超声等）冷压成形（热压）烧结。

关键是均匀混合和烧结过程防止体积收缩而产生裂纹。

二、陶瓷基复合材料的制备工艺、浆体法（湿态法）为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题采用了浆体（湿态）法制备陶瓷基复合材料。

其混合体为浆体形式。

混合体中各组元保持散凝状即在浆体中呈弥散分布。

这可通过调整水溶液的pH值来实现。

对浆体进行超声波震动搅拌则可进一步改善弥散性。

弥散的浆体可直接浇铸成型或热（冷）压后烧结成型。

适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料（图）。

采用浆体浸渍法可制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料。

纤维分布均匀气孔率低。

图–浆体法制备陶瓷基复合材料示意图、反应烧结法（图）用此方法制备陶瓷基复合材料除基体材料几乎无收缩外还具有以下优点：增强剂的体积比可以相当大可用多种连续纤维预制体大多数陶瓷基复合材料的反应烧结温度低于陶瓷的烧结温度因此可避免纤维的损伤。

《复合材料概论》心得与总结卫琦 1306030118通过学习《复合材料概论》，我了解了复合材料的命名、分类以及复合材料的基本性能。

复合材料的基体材料有四种：金属材料、无机胶凝材料、陶瓷材料、聚合物材料。

了解了碳纤维的优点以及碳纤维在生活中被广泛的应用。

以及对聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料的了解。

以下是我对一些知识点的总结。

第一章总论一、复合材料定义：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料；在复合材料中通常有一个相为连续相，称为基体，另一相为分散相，称为增强材料。

二、复合材料的分类1．按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合）2．按增强材料纤维种类分类（玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合）3．按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基）4．按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料）三、复合材料的基本性能1．可综合发挥各组成材料的优点2．可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点！）3．可制成所需的任意形状的产品四、复合材料结构设计的三个结构层次①：一次结构：指由基体和增强材料复合而成的单层材料②：二次结构：指由单层材料层合而成的层合体③：三次结构：指通常所说的工程结构或者产品结构第二章复合材料的基体材料复合材料的基体材料有以下四种：①：金属材料主要包括铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等陶瓷材料主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷聚合物材料主要包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热固性/热塑性聚合物。

第三章复合材料的增强材料一、增强材料的定义：在复合材料中，凡事能基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。

二、玻璃纤维的分类：1．以玻璃原料成分分类：无碱玻璃纤维（E玻纤）；中碱玻璃纤维；有机玻璃纤维（A玻璃）；特种玻璃纤维。

陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。

陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。

这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。

而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。

纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。

陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。

其最高使用温度主要取决于基体特征。

陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。

法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。

陶瓷基复合材料的分类陶瓷基复合材料的韧化机理纤维拔出、界面解离、裂纹偏转、纤维桥联。

（相变增韧，微开裂）陶瓷基复合材料的制备方法常压烧结、热压、热等静压、高温自蔓延合成（SHS）、原位生长、化学气相浸渗（CVI）、聚合物浸渗与分解（PIP）、熔体浸渗(MI)等复合材料。

其中某些方法只适用于特定复合材料，像化学气相浸渗主要用于连续纤维增强复合材料。

陶瓷基纳米复合材料中：Si3N4/BN(n)系纳米复合材料的特性①即使是强度低的BN分散，复合材料的强度也不降低。

和通常的复合材料的预期相反，体积分数为5%- 10%BN的添加，可使Si3N,强度有所增加.②BN的热膨胀很大，但复合材料的热膨胀不但不增加反而减小；③弹性模量按照一般的复合法则减小。

基于上述特性的变化，这种复合材料可以承受从1600oC的高温迅速投入水中的热振试验。

这样的材料是从未有过的 这种材料的最大特性是它和金属一样，可表现出机械加工性能。

而且这种体系的纳米复合材料，在具有良好高温强度的同时，还具有优良的耐熔融金属的腐蚀性.。