陶瓷基复合材料增韧机制的研究现状及展望

李喜宝:男,1980年生,硕士研究生　Tel :027*********　E 2mail :lixibao2004@ 柯昌明:博士,博士生导师,教授　Tel :027*********　E 2mail :kechming @SiC 晶须增韧陶瓷基复合材料的研究进展李喜宝,柯昌明,李　楠(武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点实验室,武汉430081) 摘要 介绍了SiC 晶须增韧陶瓷基复合材料的烧结合成方法,将各动力学因素(晶须含量、混合工艺和烧结温度)对热压烧结法制备SiC 晶须增韧陶瓷基复合材料的影响进行了详细阐述,叙述并讨论了SiC 晶须增韧的不同机理,并展望了该领域的研究方向。

关键词 SiC 晶须　增韧机理　热压烧结　陶瓷Progress in Ceramic Matrix Composite by SiC Whisker TougheningL I Xibao ,KE Changming ,L I Nan(The Hubei Province Key Laboratory of Ceramics and Refractories ,Wuhan University of Science and Technology ,Wuhan 430081)Abstract Various sintering methods for synthesizing ceramic matrix composite by SiC whisker toughening aresummarized.The effects of a set of reaction dynamics parameters including the content of SiC whisker ,mix process and temperature of reaction on the synthesis of ceramic matrix composite by SiC whisker toughening using hot 2pressing sin 2tering method are also prescribed systematically.The various toughing mechanisms of SiC whisker are prior to be dis 2cussed and then the f urther related research is prospected.K ey w ords SiC whisker ,toughing mechanism ,hot 2pressing sintering ,ceramics 陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异特性,但存在脆性大、易断裂的缺点[1],从而限制了其实际应用范围,因此改善陶瓷材料的脆性、增大强度、提高其在实际应用中的可靠性成为其能否广泛应用的关键。

陶瓷基复合材料增强机制、机理的研究现状及展望陶瓷基复合材料（CMC），一般是指相变增韧、颗粒增韧陶瓷和纤维及晶须增韧陶瓷材料。

这是目前备受重视的新型耐高温结构材料。

本文将介绍陶瓷基复合材料这种新型复合材料的机理和研究现状及展望。

与常规材料和非陶瓷复合材料相比，陶瓷材料具有耐高温、抗腐蚀、超硬度抗氧化和抗烧结等优异性能。

作为高温结构材料，尤其作为航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位结构用材料具有很大的潜力。

因此世界各国都把结构陶瓷看作是对未来工业革命有重大作用的高技术新材料而给以重点研究和发展并相继开展了陶瓷汽车发动机、柴油机和航空发动机等大规模高温陶瓷热机研究计划，出现了陶瓷热，然而，常规结构陶瓷还存在缺陷和问题，主要是材料的脆性，可靠性不高等，应用于现在科技领域还有许多问题急需研究解决。

陶瓷基复合材料引起人们关注的重要原因就在于他可以改善陶瓷基材料的力学性能，特别是脆性，因此陶瓷基复合材料的发展和研究将成为陶瓷大规模应用计划取得成功的关键。

陶瓷基复合材料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或复相陶瓷。

陶瓷基复合材料是2O世纪8O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。

连续纤维增强复合材料是以连续长纤维为增强材料，金属、陶瓷等为基体材料制备而成。

金属基复合材料是以陶瓷等为增强材料，金属、轻合金等为基体材料而制备的。

从20世纪60年代起各国都相继对金属基复合材料开展了大量的研究，因其具有高比强度、高比模量和低热膨胀系数等特点而被应用于航天航空及汽车工业。

纤维增韧陶瓷基复合材料
纤维增韧陶瓷基复合材料是一种新型材料，它以陶瓷为基体，与各种纤维进行复合。

这种材料具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐磨耐蚀和良好的韧性等优点，因此在高精尖领域有广泛的应用。

纤维增韧陶瓷基复合材料的制备工艺相当复杂，需要精确控制各组分的比例和加工条件。

其中，纤维的选择是关键，它们必须具备高强度、高弹性等特点，以便能够有效提高陶瓷的韧性和可靠性。

在材料的应用方面，纤维增韧陶瓷基复合材料已经用于制造液体火箭发动机喷管、导弹天线罩、航天飞机鼻锥、飞机刹车盘和高档汽车刹车盘等。

这些应用表明了该材料在高温、高强度和耐磨等极端环境下的优异性能。

总的来说，纤维增韧陶瓷基复合材料是一种具有巨大潜力的新型材料，其研究和应用前景非常广阔。

随着科技的不断发展，我们期待这种材料在未来能够发挥出更大的作用，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。

陶瓷基复合材料的发展现状和最新进展The Development Status and Recent Research Progress of Ceramic-Matrix Composite Materials学生姓名：学生学号：指导教师：所在院系：所学专业：南京理工大学中国·南京2015年11月摘要综述了陶瓷基复合材料（CMC）在近年来的研究进展，就陶瓷的增强增韧机理、复合材料的制备工艺作了较全面的介绍，综述了先驱体浸渍裂解（PIP）反应熔体浸渗（RMI）化学气相渗透（CVI）泥浆法（SI）等工艺的最新研究进展，并对CMC的应用和未来发展进行了展望。

关键词复合材料；陶瓷基；增强增韧；制备工艺；应用；未来发展Abstract The studying situation of ceramic matrix composites(CMC) in the lately years is reviewed in this paper.The strengthening and toughening mechanism,selection of matrix and reinforced materials and preparation techniques are introduced comprehensively,and then progresses of several preparation processes such as PIP,RMI,CVI,and SI are discussed.Also,the application prospects of future development of CMC are looked forward.Keywords composites; ceramic matrix; strengthening and toughening; preparation technique;application; future development1971年，Avesto首次提出陶瓷基复合材料的概念[1]。

陶瓷基复合材料引言。

陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他增强材料组成的复合材料。

它具有优异的耐磨、耐腐蚀、高强度和高温稳定性等特点，因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、化工等领域。

本文将介绍陶瓷基复合材料的组成、性能和应用，并对其未来发展进行展望。

一、陶瓷基复合材料的组成。

陶瓷基复合材料通常由陶瓷基体和增强材料组成。

陶瓷基体可以是氧化铝、碳化硅、氮化硅等陶瓷材料，而增强材料则可以是碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒等。

这些材料通过复合加工技术，如热压、注射成型等，将陶瓷基体与增强材料紧密结合，形成具有优异性能的复合材料。

二、陶瓷基复合材料的性能。

1. 耐磨性，陶瓷基复合材料具有优异的耐磨性，可以在高速、高负荷条件下保持较长的使用寿命，因此被广泛应用于机械设备的零部件制造。

2. 耐腐蚀性，由于陶瓷基复合材料具有优异的化学稳定性，可以在酸、碱等腐蚀性介质中长期稳定运行，因此在化工领域得到广泛应用。

3. 高强度，陶瓷基复合材料在高温、高压条件下依然保持优异的强度和刚性，因此被广泛应用于航空航天领域。

4. 高温稳定性，陶瓷基复合材料在高温条件下依然保持稳定的性能，因此被广泛应用于发动机、燃气轮机等高温设备的制造。

三、陶瓷基复合材料的应用。

1. 航空航天领域，陶瓷基复合材料被广泛应用于航空发动机、航天器外壳等高温、高压零部件的制造。

2. 汽车制造领域，陶瓷基复合材料被应用于汽车刹车片、离合器片等零部件的制造，以提高其耐磨性和耐高温性能。

3. 化工领域，陶瓷基复合材料被应用于化工设备的制造，以提高其耐腐蚀性和耐高温性能。

四、陶瓷基复合材料的发展展望。

随着科学技术的不断进步，陶瓷基复合材料将会在性能和应用范围上得到进一步提升。

未来，我们可以期待陶瓷基复合材料在新能源领域、生物医药领域等新兴领域的广泛应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。

结论。

陶瓷基复合材料具有优异的耐磨、耐腐蚀、高强度和高温稳定性等特点，因此在航空航天、汽车制造、化工等领域得到广泛应用。

196智能制造NO.02 2020智能城市 INTELLIGENT CITY层状复合陶瓷的增韧与设计研究玄伟建（淄博市新材料研究所，山东 淄博 255000）摘 要：高性能结构的陶瓷具有强度高、硬度高、耐高温和耐化学腐蚀、耐磨损能力强的特点，目前该类陶瓷已被广泛地应用到了航天航空、能源、机械生产、汽车等领域中，但是因为陶瓷材料容易出现脆性断裂而影响使用的可靠安全性，所以还应该加强对其韧性提升的研究以扩大陶瓷的使用范围。

层状复合陶瓷是近几年出现的经过增强增韧的陶瓷种类，在原本脆性陶瓷中加入了软质耐高温材料，属于仿生材料，可提高材料的抗断裂能力、强度等。

鉴于此，文章将在分析层状复合陶瓷增韧机理及其结构设计的基础上，简要分析该类陶瓷的成型制备工艺，然后对目前在增韧和设计、成型中存在的问题进行探讨并提出针对性的解决建议。

关键词：层状复合陶瓷；增韧；结构设计；成型制备工艺；问题和解决1 层状复合陶瓷增韧机理与传统强韧机制不同，层状复合陶瓷增韧机理是依靠对能量的吸收和耗散，可减少材料力学性能对裂纹等缺陷的敏感性，从而提升材料的抗断裂性能。

不仅解决了增韧效果受工作环境限制的影响问题，而且抗断裂的能力也大大提高。

1.1 弱夹层裂纹偏转增韧通过引入弱夹层的方式来实现裂纹偏转增韧，同时可提高抗剪切能力。

在含有弱界面的层状复合材料受到荷载作用力以后，裂纹达到和单相材料中临界裂纹一样的应力强度后裂纹扩展，裂纹达到弱结合界面后会出现微裂纹，并沿着弱界面出现偏转、分层，扩大了裂纹扩散的范围，使能量得到充分释放，从而达到增韧的效果。

利用该增韧机理时，以石墨、BN构成弱夹层，然后再采用流延法、注浆法、热压法等制备工艺形成层状复合陶瓷，该类陶瓷材料的韧性得到了明显提升。

1.2 延性夹层裂纹桥联增韧延性夹层的主要材料是金属或延性树脂，一般以连续层状的形式出现，利用了延性层的塑性变形来吸收和耗散能量，并形成裂纹桥联避免裂纹的扩散，可在很大限度上提升材料的韧性。

晶须增韧陶瓷基复合材料强韧化机制的评述
1. 晶须增韧化技术是什么?
晶须增韧化技术是一种将晶须材料引入到基础材料中的技术，通过晶须的固定和增长，改善复合材料的机械性能和韧性。

2. 什么是陶瓷基复合材料？
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基础材料，通过添加其他强化材料来提高其性能，具有高强度、高硬度、高温耐性、耐磨损等特点。

3. 强韧化机制是如何发生的？
晶须增韧陶瓷基复合材料的强韧化机制主要是由晶须与基础材料之间的相互作用所产生的。

晶须可以在材料中分散均匀，形成纤维状结构，避免裂纹扩展，增加其韧性。

同时，晶须具有很高的强度，它与基础材料之间的化学结合可以增强材料的力学性能。

4. 晶须增韧化技术的优点是什么？
晶须增韧化技术是一种有效提高材料性能的技术，具有以下优点：
（1）提高材料韧性，增强抗裂性；
（2）增加材料强度，提高其耐久性；
（3）降低材料疲劳度，延长材料的使用寿命。

5. 晶须增韧化技术的应用领域有哪些？
晶须增韧化技术可以应用于各种复合材料的制备中，主要应用领域包括：
（1）汽车工业——制备高硬度、高温度下可靠的发动机零件、制动系统；
（2）电子工业——制备高强度、高温度下可靠的电子陶瓷；
（3）航空航天工业——制备高强度、轻质、高温度下可靠的航空材料。

6. 晶须增韧陶瓷基复合材料的未来发展趋势是什么？
晶须增韧陶瓷基复合材料的未来发展趋势主要是往以下方面发展：
（1）研制更高性能的晶须材料；
（2）探索更加有效的晶须分散方式；
（3）进一步深入研究晶须与基础材料之间的相互作用机理；
（4）将晶须增韧化技术应用于更多领域，以满足工业和社会的需要。

陶瓷基复合材料的复合机理、制备、生产、应用及发展前景摘要：材料是科学技术发展的基础，材料的发展可以推动科学技术的发展，材料主要有金属材料、聚合物材料、无机非金属材料和复合材料四大类。

其中复合材料是是最新发展地来的一大类，发展非常迅速。

最早出现的是宏观复合材料，它复合的组元是肉眼可以看见的，比如混凝土。

随后发展起来的是微观复合材料，它的组元肉眼看不见。

由于复合材料各方面优异的性能，因此得到了广泛的应用。

复合材料对航空、航天事业的影响尤为显著，可以说如果没有复合材料的诞生，就没有今天的飞机、火箭和宇宙飞船等高科技产品。

本文从纤维增强陶瓷基复合材料C f/SiC入手，综述了陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite，CMC）的特殊使用性能、界面增韧机理、制备工艺作了较全面的介绍，并对CMC的的研究现状、未来发展进行了展望。

正文1、陶瓷基复合材料的定义与特性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，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(CMC)由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，是制造推重比10 以上航空发动机的理想耐高温结构材料。

一方面，它克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点，提高了材料的断裂韧性；另一方面，它保持了陶瓷基体耐高温、低膨胀、低密度、热稳定性好的优点。

陶瓷基复合材料的最高使用温度可达1650℃，而密度只有高温合金的70％。

因此，近几十年来，陶瓷基复合材料的研究有了较快发展。

目前CMC 正在航空发动机的高温段的少数零件上作评定性试用。

复合材料学报第24卷　第2期 4月　2007年Acta Materiae Compositae SinicaVol 124No 12April2007文章编号:100023851(2007)022*******收稿日期:2006210227;收修改稿日期:2006212214通讯作者:张立同,教授,中国工程院院士,博士生导师,主要从事新型陶瓷基复合材料设计制备与应用研究　E 2mail :zhanglt @连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨张立同3,成来飞(西北工业大学超高温结构复合材料国防科技重点实验室,西安710072)摘　要:　连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CMC )是航空航天等高科技领域发展不可缺少的材料。

其中,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CMC 2SiC )是研究最多、应用最成功的一种。

本文作者以CMC 2SiC 为例,介绍了该材料的战略需求与应用领域,详细分析了国内外的应用研究现状及发展趋势,并对我国陶瓷基复合材料面临的机遇与挑战,以及发展战略进行了探讨。

关键词:　陶瓷基复合材料;可持续发展中图分类号:　TB332 文献标识码:ADiscussion on strategies of sustainable development of continuous f iber reinforced ceramic matrix compositesZHAN G Litong 3,C H EN G Laifei(National Key Laboratory of Thermostructure Composite Materials ,Northwestern PolytechnicalUniversity ,Xi πan 710072,China )Abstract :　Continuous fiber 2reinforced ceramic matrix composites (CMC )are proved to be the most attractive mate 2rials in the development of high 2tech fields ,such aeronautics ,astronautics and so on.Among these composite materials ,continuous fiber 2reinforced silicon carbide ceramic matrix composites (CMC 2SiC )have been deeply researched and widely developed.As an example ,the strategic needs and application fields of CMC 2SiC were intro 2duced in the present paper ,and the research status and the development trend of CMC 2SiC were also analyzed in detail.At last ,the opportunities and challenges faced by domestic researchers in this research field were discussed ,as well as the strategies of sustainable development of advanced ceramic matrix composites.K eyw ords :　ceramic matrix composites ;sustainable development1　应用领域与战略需求1.1　连续纤维增韧陶瓷基复合材料根据增韧方式的不同,陶瓷基复合材料分为颗粒、晶须、层状和连续纤维增韧陶瓷基复合材料。

陶瓷基复合材料的研究现状与发展前景目前，陶瓷基复合材料的研究主要集中在以下几个方面：1.多相复合材料的设计与制备：陶瓷基复合材料通常由陶瓷基质和强化相组成，通过调控两者之间的相互作用，可以实现材料性能的优化。

目前，研究者们通过改变不同相的比例、尺寸和形态，以及引入适量的界面相来实现复合材料的设计。

此外，也有学者通过设计多层结构、梯度结构和纳米结构等方法来增加材料的界面面积和界面结合强度，从而提高材料的力学性能和耐磨性能。

2.陶瓷基复合材料的性能改善：陶瓷基复合材料的一个主要目标是提高其力学性能和耐磨性能。

为此，研究者在陶瓷基复合材料中引入了各种强化相，如碳化硅、碳化硼、氮化硅等，以提高材料的硬度和强度。

此外，还有学者通过控制复合材料的纤维方向、制备多孔材料等方法，来改善材料的韧性和抗撞击性能。

同时，还有部分研究者在陶瓷基复合材料中引入纳米颗粒、纳米管道和纳米纤维等，以提高材料的导电性、导热性和光学性能。

3.陶瓷基复合材料的制备技术：陶瓷基复合材料的制备通常包括两个步骤，即原料的混合和制备过程的选择。

在混合过程中，常用的方法包括干法混合、湿法混合和机械合金化等。

而在制备过程的选择上，常用的方法包括烧结、热压、热等静压、溶胶凝胶法、化学气相沉积等。

在制备技术方面，人们的研究重点主要集中在提高材料的致密性、结晶度和尺寸的控制等方面。

陶瓷基复合材料在各个领域中都有广泛的应用前景。

例如，在航空航天领域，陶瓷基复合材料可以用于制造高温结构件、涡轮叶片和发动机喷嘴等部件，以提高其耐高温和高应力环境下的性能。

在电子设备领域，陶瓷基复合材料可以用于制造封装材料、电阻器和散热器等器件，以提高其耐高温和导热性能。

在汽车制造领域，陶瓷基复合材料可以用于制造发动机和刹车系统等重要零部件，以提高其耐磨和耐蚀性能。

综上所述，陶瓷基复合材料是一种性能优异、应用前景广阔的材料。

通过不断地改进材料的设计和制备技术，陶瓷基复合材料有望在各个领域中得到更广泛的应用。

陶瓷基复合材料的性质及其应用前景陶瓷基复合材料是一种新型的复合材料，它由陶瓷基体和增强材料组成。

其特点是硬度高、强度大、耐高温、耐腐蚀、绝缘性能好等。

由于其独特的性质，陶瓷基复合材料在航空航天、汽车制造、电子和电力工业等领域都有广泛的应用。

一、陶瓷基复合材料的组成陶瓷基复合材料由陶瓷基体和增强材料组成。

其中，陶瓷基体通常采用氧化物陶瓷或碳化物陶瓷，而增强材料则可以选择纤维材料、颗粒材料、层板材料等。

陶瓷基复合材料的制备方法很多，主要包括热压、热等静压、拉伸成型等。

二、陶瓷基复合材料的性质1. 高硬度由于陶瓷基复合材料的基体是陶瓷，因此具有非常高的硬度。

事实上，某些陶瓷基复合材料的硬度可以接近金刚石，达到20GPa以上。

这一优异的性能意味着它们可以耐受高度的磨损和冲击，适用于大多数需要高耐久性的应用领域。

2. 高强度在增强材料的加入下，陶瓷基复合材料具有很高的强度和刚性。

因此，它们可以承受非常大的载荷，并在极端条件下工作。

这种性质使它们成为航空航天、汽车制造和电力工业等相关领域中理想的结构材料。

3. 耐高温陶瓷基复合材料具有非常好的耐高温性能。

在高温环境下，它们保持不失效、不变形等特性。

因此，它们被广泛应用于航空航天、汽车制造等需要高温稳定性能的领域。

4. 耐腐蚀陶瓷基复合材料还具有良好的耐腐蚀性能。

在强酸、强碱、高浓度的腐蚀性环境下，它们仍然可以保持稳定。

这一性质使它们成为化工、电力工业领域中的理想材料。

5. 绝缘性能好陶瓷基复合材料具有很好的绝缘性能，因此广泛运用于电子和电力工业中。

它们可以承受高电压、高电流的特性，同时在工作过程中不会导电或产生电磁干扰。

三、陶瓷基复合材料的应用前景由于其优异的性能和多功能性，陶瓷基复合材料在多个领域都有很广泛的应用前景。

以下是一些典型应用案例：1. 航空航天陶瓷基复合材料可以用于制作飞机、火箭、导弹的部件，如机身、引擎、导向器等。

因为它们的低重量、高强度和耐高温性质可以降低飞行设备的质量和提高操作效率。

二氧化锆陶瓷的相变增韧机理和应用一、本文概述本文旨在深入探讨二氧化锆陶瓷的相变增韧机理及其在多个领域的应用。

作为一种重要的工程材料，二氧化锆陶瓷因其出色的物理和化学性质，如高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性和生物相容性等，在航空航天、机械、电子、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。

然而，其脆性大的特点限制了其在某些领域的应用。

为了解决这个问题，科研工作者们发现，通过控制二氧化锆陶瓷中的相变过程，可以有效地提高其韧性，这就是所谓的相变增韧机理。

本文将首先介绍二氧化锆陶瓷的基本性质，包括其晶体结构、物理和化学性质等。

然后，将重点阐述相变增韧机理，包括其原理、影响因素以及实现方法。

在此基础上，本文将进一步探讨二氧化锆陶瓷在航空航天、机械、电子、生物医疗等领域的应用，以及在这些应用中如何利用相变增韧机理来提高其性能。

本文还将对二氧化锆陶瓷的未来发展趋势进行展望，以期为其在更多领域的应用提供理论支持和实践指导。

二、二氧化锆陶瓷的基本性质二氧化锆（ZrO₂）陶瓷是一种具有独特物理和化学性质的先进陶瓷材料。

它的主要特点包括高强度、高硬度、高耐磨性、高化学稳定性以及优异的隔热性能。

二氧化锆陶瓷还具有一种特殊的性质，即其在一定条件下可以发生相变，这种性质为二氧化锆陶瓷的增韧提供了可能。

在常温下，二氧化锆陶瓷主要以单斜晶相（m-ZrO₂）存在，这种晶相具有较高的稳定性。

然而，当受到外部应力或温度升高的影响时，部分单斜晶相二氧化锆会转变为四方晶相（t-ZrO₂）。

这种相变过程中，二氧化锆的体积会发生变化，产生微小的应力场，这些应力场可以吸收并分散外部施加的应力，从而阻止裂纹的扩展，提高陶瓷的韧性。

除了相变增韧外，二氧化锆陶瓷还可以通过添加稳定剂（如氧化钇、氧化钙等）来稳定其四方晶相，使其在室温下就能保持较高的韧性。

这种稳定化处理不仅可以提高二氧化锆陶瓷的力学性能，还可以扩大其应用范围。

二氧化锆陶瓷的基本性质为其在增韧机制和实际应用中提供了重要的基础。

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。

陶瓷基复合材料的发展及发展前沿1引言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。

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。

2发展及应用随着电子工业的快速发展和宇宙开发，原子能工业的兴起，以及激光技术、传感技术、光电技术等新技术的出现。

传统陶瓷无论在性能、品种和质量等方面都不能满足需求，传统陶瓷便进行了一系列的改变与创新，这便形成了目前的陶瓷基复合材料。

作为近年来迅速发展起来的一种新型材料，是一个新的研究领域，它的优点而弥补或部分弥补了彼此的缺点，而备受人们的关注。

陶瓷基复合材料的基体：陶瓷基复合材料的基体就是陶瓷，目前被人们研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，他们普遍具有耐高温、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往是介于离子键与共价键之间的混合键。

陶瓷基复合材料的增强体由于陶瓷基复合材料的断裂韧性和耐冲击性差,大大妨碍了其在结构件上的应用。

到80年代,找到了陶瓷基复合材料的增韧物质之后,这才有所改变。

陶瓷基复合材料中的增强体通常称为增韧体。

从几何尺寸课分为纤维、晶须、颗粒三类，下面分别加以介绍。

碳纤维作为增强体碳纤维主要用在吧强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件，在1500℃温度下，碳纤维人能保持性能不变。

除了碳纤维还有许多常用纤维如玻璃纤维、硼纤维等不同性能的纤维作为增强体。

晶须类增强体晶须的特点是没有微裂纹、位错、孔洞和表面损伤等缺陷。

陶瓷基复合材料中使用较为普遍的是SiC、Al2O3等晶须。

主题：论文纤维增韧补强陶瓷复合材料的研究现状摘要：近年来陶瓷材料的强韧化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视，其中在陶瓷材料中引入起增韧作用的第二相制成陶瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。

本文介绍了纤维增强陶瓷基复合材料的纤维种类、陶瓷基复合材料的制备技术、应用领域等，多方面综合阐述了其国内外研究进展。

关键词：纤维；增强；陶瓷基复合材料；工艺陶瓷材料具有许多优异性能，陶瓷结构材料能耐高温、耐侵蚀、耐磨损及比重小等，陶瓷功能材料具有独特的电学性能、磁学性能、铁电压电性能等许多优良的性能，但由于脆性这一致命弱点，使得目前陶瓷材料的使用受到很大的限制。

因此，近年来陶瓷材料的强韧化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视，其中在陶瓷材料中引入起增韧作用的第二相制成陶瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。

1．复合材料陶瓷基体复合材料陶瓷基体分为氧化物系和非氧化物系。

氧化物基体是氧化铝陶瓷和铝硅酸盐玻璃，非氧化物基体复合材料包括碳纤维增强碳（C/C）复合材料和SiC 纤维增强的碳化硅（SiC）与氮化硅（Si3N4）系复合材料。

陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料（简称CFCC）有巨大的潜在应用，其相对密度低（仅为钛合金的1/2，镍基超合金的1/3），除了航空航天和军事工业中的耐高温用途外，还可能在陆地运输、石油化学工业、能源和环保领域获得广泛应用。

因此，美国、日本和西欧都将陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料（CFCC）作为21 世纪可能获得大发展新材料的重要研究开发项目。

2 纤维增强材料陶瓷材料的增韧研究一直倍受重视。

从1976 年I.W.Donald 等发现在陶瓷本体中引入第二相材料增韧开始，陶瓷增韧先后经历了粒子相变增韧、晶须补强增韧、短纤维增韧和目前连续纤维增韧等阶段。

陶瓷材料的韧性不断提高，目前连续纤维补强增韧陶瓷基复合材料（CFRCMC）的断裂韧性已经达到25MPa·m1/2 以上，这使其具有类似金属的断裂行为，不会出现灾难性损毁，从而可应用于航空和航天等高技术领域。