碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用

第２９卷第６期　２０１６年１１月　机电产品开发与钏新　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ＶＯＩ．２９．Ｎｏ．６　ＮＯＶ．，２０１６　

文章编号：１００２—６６７３（２０１６）Ｏ６—１１６—０４　

碳化硅颗粒增强铝基复合材料加工研究进展　

王明，郭丹，丁成富，李宝玉，历锐　

（黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆１６３３１９）　

摘　要：碳化硅颗粒增强铝基复合材料（ＳｉＣｐ／Ａ１）各项性能优异，但由于增强颗粒的存在，其加工性能很　

差。针对ＳｉＣｐ／Ａ１的加工已经进行了大量的研究，一般可分为传统加工和非传统加工两类。传统　

加工中普遍存在刀具磨损严重的问题，ＰＣＤ刀具比较适合该种材料的加工。非传统加工中超声　

辅助切削具有明显的优势，铣磨加工易于加工复杂零件，但刀具耐用度有待提高。电火花、线切　

割和激光加工等方法加工精度较低，不适合ＳｉＣｐ／ＡＩ的精密加工。　

关键词：ＳｉＣｐ／ＡＩ；加工性能；传统加工；非传统加工　

中图分类号：ＴＧ６６　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００２—６６７３．２０１６．０６．ｏ４３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｏｆ　ＳｉＣ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　

ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇ，ＧＵＯ　Ｄａｎ，ＤＩＮＧ　Ｃｈｅｎｇ－ｆｕ，Ｌ１Ｂｏｏ－Ｙｕ，　，Ｒｕｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｂａｙｉ　Ａｇｎｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ　ＨｅｉｌｏｎＮｉａｎｇ　１６３３１９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｉｃ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＳｉＣｐ／Ａ１）ｉｓ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ，ｂｕｔ　ｉｔｓ　ｐｒｏｃｅｓｓａｂｉｈｔｙ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｐｏｏｒ　

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料的研究进展李世波等

碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料的研究进展

李世波,,徐永东’张立同’

西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安哈尔滨建筑大学材料科学与工程系哈尔滨

摘要对碳化硅纤维增强峋瓷基复合材料的研究现状与进展作了较系统的论述讨论了,增

强的界面层作用热膨胀系数不匹配对材料的影响高温抗蠕变抗疲劳性能以及抗衷化性能等最后指出了

增强作为高温结构响瓷材料的研究方向以及尚等解决的问题

关键词碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料高温性能

一

,,

,

前言

随着航空技术的发展对高温结构材料提出了更高的要

求如在及更高温度能满足强度大于材料

的蠕变速率低于一“高温氧化氧化产物厚度小于

拌断裂韧性大于此外还应适当考虑高温

疲劳破坏问题而能满足上述条件的主要是纤维增强陶瓷基

复合材料〕目前主要集中在碳纤维‘和碳化硅纤维

增强陶瓷基复合材料的研究上,复

合材料已被广泛应用于航空航天军事以及民用领域在

开始氧化导致材料破坏这一致命弱点限制了

材料的直接应用虽然对其采用了防氧化涂层处理在

高于温度下长期使用仍受到一定限制阁因此,增

强材料成为最有希望的高温结构材料,具有高强

度高模量良好的耐化学腐蚀性耐高温和抗氧化等许多优

良性能’,这种纤维在少温度下其拉伸强度和弹性模

量均无明显下降因此它在高温下比,具有更好的稳定性

预制体也从非连续结构如各种毡一维结构二维结构

发展到三维多维整体结构比〕由预制体制备连续纤维增强

陶瓷基复合材料基体已由法发展到不同类型的

工艺可获得结构完整性和密实均匀性的制件,增强的陶

瓷基体材料主要有等但是氧

化物基体的氧渗透率过高导致纤维损坏影响整体材料性

能故氧化物基体材料在高温长时间应用中几乎没有任何潜在的可能在高温环境中是目前最有希望的材料

陶瓷基复合材料的研究进展及其在航空发动机上的应用

摘要：综述了陶瓷基复合材料(CMCs) 的研究进展。就CMCs的增韧机理、制备工艺和其在航空发动机上的应用进展作了详细介绍。阐述了CMCs研究和应用中存在的问题。最后，指出了CMCs的发展目标和方向。

关键词：陶瓷基复合材料；航空发动机；增韧机理；制备工艺

The Research Development of Ceramic Matrix Composites

and Its Application on Aeroengine

Abstract: The development and research status of ceramic matrix composites were

reviewed in this paper. The main topics include the toughening mechanisms, the

preparation progress and the application on aeroengine were introduced comprehensively.

Also, the problems in the research and application of CMCs were presented. Finally, the

future research aims and directions were proposed.

Keywords: Ceramic matrix composites, Aeroengine, Fiber toughening, Preparation

progress

1 引言

推重比作为发动机的核心参数，其直接影响发动机的性能，进而直接影响飞机的各项性能指标。高推重比航空发动机是发展新一代战斗机的基础，提高发动机的工作温度和降低结构重量是提高推重比的有效途径[1]。现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到了1500~1700℃，如M88-2型发动机涡轮进口温度达到1577℃，F119型发动机涡轮进口温度达到1700℃左右，而推重比15~20一级发动

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。