陶瓷基复合材料的制备工艺

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。

工制备艺

浆体浸渍-热压法

适用于长纤维。首先把纤维编织成所需形状，然后用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行烧结。

优点是加热温度较晶体陶瓷低，层板的堆垛次序可任意排列，纤维分布均匀，气孔率低，获得的强度较高。

缺点则是不能制造大尺寸的制品，所得制品的致密度较低，此外零件的形状不宜太复杂，基体材料必须是低熔点或低软化点陶瓷。

晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的加工与制备

晶须与颗粒的尺寸均很小，只是几何形状上有些区别，用它们进行增韧的陶瓷基复合材料的制造工艺是基本相同的。基本上是采用粉末冶金方法。制备工艺比长纤维复合材料简便很多。所用设备也不复杂设备。 过程简单。混合均匀，热压烧结即可制得高性能的复合材料制造工艺也可大致分为配料-成型-烧结-精加工等步骤。

直接氧化沉积法

方法：将纤维预制体置于熔融金属上面，添加有镁、硅添加剂的熔融金属铝，在氧化气氛中，不断地浸渍预制体，在浸渍过程中，熔融金属或其蒸汽与气相氧化剂反应生成氧化物。随着时间的延长，边浸渍边氧化，最终可制得纤维增强CMC。优点：纤维几乎无损伤、纤维分布均匀、CMC性能优异，工艺简单、效率高成本低

陶瓷基复合材料成型方法

陶瓷基复合材料是一种具有优良性能和广泛应用前景的新型材料。它由陶瓷基体和其他增强材料组成，具有高强度、耐磨损、耐高温等优点，因此在航空航天、汽车、电子、化工等领域有着重要的应用价值。而陶瓷基复合材料的成型方法对其性能和应用具有重要影响。

一种常见的陶瓷基复合材料成型方法是压制成型。在这种方法中，首先将陶瓷基体和增强材料按一定比例混合，并在一定温度下进行预热处理，使其颗粒间相互粘结。然后将混合物放入模具中，施加一定的压力，使其形成所需的形状。最后，经过烧结或其他处理，使其获得一定的力学性能和表面质量。

另一种常见的成型方法是注射成型。这种方法适用于复杂形状的陶瓷基复合材料制品。在这种方法中，将预先混合好的陶瓷基体和增强材料以浆料的形式注入模具中，然后通过挤压或真空吸附等方法，使其充分填充模具内部的空腔，最终得到所需的形状。

除了上述两种方法外，还有许多其他成型方法，如注浆成型、旋压成型、激光烧结成型等，这些方法在不同的情况下具有各自的优势和适用范围。

总的来说，陶瓷基复合材料的成型方法对其性能和应用具有重要影响。通过选择合适的成型方法，并结合优化工艺参数，可以使陶瓷基复合材料获得更好的力学性能和表面质量，从而更好地满足不同领域的应用需求。随着科技的不断进步，相信陶瓷基复合材料的成型技术也会不断提升，为其在更多领域的应用提供更好的支持。

碳纤维增强ＳｉＢＣＮ陶瓷基复合材料　

的制备及性能　

王秀军　＇　张宗波　曾　凡　

（１　中国科学院化学研究所，北京　（２中国科学院研究生院，北京　李永明　徐彩虹　

１００１９０）　１０００４９）　

文摘　以自制的聚硼硅氮烷（Ｐ—ＳｉＢＣＮ）为基体聚合物利用前驱体浸渍裂解技术（ＰＩＰ）制备了二维碳纤　

维增强ＳｉＢＣＮ陶瓷基复合材料，并对其力学性能进行了初步研究。经８次浸溃一裂解，所得复合材料室温弯曲　

强度为３３４　ＭＰａ，８００＂Ｃ／氩气条件下弯曲强度３６７　ＭＰａ。该复合材料未经抗氧化防护处理情况下，８００￣Ｃ静态空　

气中氧化３　ｈ后，强度保留率约为６０％。　

关键词　聚硼硅氮烷，前驱体浸渍裂解技术，陶瓷基复合材料　

Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　

ＳｉＢＣＮ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　

Ｗａｎｇ　Ｘｉｕｊｕｎ　・　Ｚｈａｎｇ　Ｚｏｎｇｂｏ　・。　Ｚｅｎｇ　Ｆａｎ　Ｌｉ　Ｙｏｎｇｍｉｎｇ　Ｘｕ　Ｃａｉｈｏｎｇ　

（１　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９０）　（２　Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４９）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ＳｉＢＣＮ—ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｉｎｆｉｈｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　

ｒｏｕｔｅ（ＰＩＰ）ｗｉｔｈ　ａ　ｌａｂ—ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ＳｉＢＣＮ　ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ（Ｐ—ＳｉＢＣＮ）ａｓ　ａ　ｍａｔｒｉｘ　ｓｏｕｒｃｅ．Ｔｈｅｉｒ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　

ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　８　ＰＩＰ—ｃｙｃｌｅｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｉｔｓ　ｆｌｅｘｕｒｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ　ｏｆ　３３４　ＭＰａ　ａｔ　ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，　ａｎｄ　ｉｎ—ｓｉｔｕ　ｆｌｅｘｕｒｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　３６７　ＭＰａ　ａｔ　８００￣Ｃ　ｉｎ　ｉｎｅｒｔ　ｇａｓ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｒｅｔａｉｎｅｄ　ｉｔｓ　６０％ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ　

陶瓷基复合材料介绍

一、材料定义与特性

陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites，简称CMC）是一种以陶瓷为基体，复合增强体材料的高性能复合材料。它具有高强度、高硬度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于航空航天、汽车、能源、化工等领域。

二、基体与增强体材料

陶瓷基体的主要类型包括氧化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼等，它们具有高熔点、高硬度、耐腐蚀等特性。增强体材料主要包括纤维、晶须、颗粒等，它们可以显著提高陶瓷基体的强度和韧性。

三、制备工艺与技术

陶瓷基复合材料的制备工艺主要包括：热压烧结法、液相浸渍法、化学气相沉积法、粉末冶金法等。其中，热压烧结法和液相浸渍法是最常用的制备工艺。

四、增强纤维与基体的界面

增强纤维与基体的界面是影响陶瓷基复合材料性能的关键因素之一。为了提高材料的性能，需要优化纤维与基体的界面特性，包括润湿性、粘结性、化学稳定性等。

五、材料的应用领域

陶瓷基复合材料具有广泛的应用领域，主要包括：航空航天领域的发动机部件、机载设备；能源领域的燃气轮机叶片、核反应堆部件；汽车领域的刹车片、发动机部件；化工领域的耐腐蚀设备、管道等。

六、发展现状与趋势

随着科技的不断进步，陶瓷基复合材料的研究和应用不断深入。目前，国内外研究者正在致力于开发低成本、高性能的陶瓷基复合材料，并探索其在更多领域的应用。同时，研究者还在研究如何更好地控制材料的微观结构和性能，以提高材料的综合性能。

七、挑战与机遇

尽管陶瓷基复合材料具有许多优异的性能，但它们的制备工艺复杂、成本高，且存在易脆性等挑战。然而，随着科技的不断进步和新材料的发展，陶瓷基复合材料的成本逐渐降低，应用领域也在不断扩大。同时，随着环保意识的提高和能源需求的增加，陶瓷基复合材料在能源和环保领域的应用前景广阔。因此，陶瓷基复合材料在未来仍具有巨大的发展潜力。