陶瓷基復(fù)合材料及其應(yīng)用復(fù)材1302組長(zhǎng)：李昱組員：王博生高磊張藝璇朱菲一陶瓷基復(fù)合材料的概述二陶瓷基復(fù)合材料的成型加工三陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用四陶瓷基復(fù)合材料的發(fā)展前景一、陶瓷基復(fù)合材料的概述1、陶瓷基復(fù)合材料的定義2、陶瓷基復(fù)合材料的分類3、陶瓷基復(fù)合材料特點(diǎn)4、陶瓷基復(fù)合材料增韌機(jī)理1、陶瓷基復(fù)合材料概述——定義陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復(fù)合的一類復(fù)合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。這些先進(jìn)陶瓷具有耐高溫、高強(qiáng)度和剛度、相對(duì)重量較輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能，而其致命的弱點(diǎn)是具有脆性，處于應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂導(dǎo)致材料失效。陶瓷基復(fù)合材料指：為獲得單相陶瓷材料所不具備的性能的人工制造的兩相（基團(tuán)和增強(qiáng)體）材料。陶瓷基復(fù)合材料強(qiáng)韌化的途徑有：顆粒彌散、纖維（晶須）補(bǔ)強(qiáng)增韌、層狀復(fù)合增韌。返回2、陶瓷基復(fù)合材料概述——分類按材料作用按增強(qiáng)材料形態(tài)按基體材料返回(1)按材料作用結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料用于制造各種受力構(gòu)件，如碳化硅陶瓷。功能陶瓷基復(fù)合材料具有各種特殊性能，如壓電陶瓷。返回(2)按增強(qiáng)材料形態(tài)顆粒增強(qiáng)體如氧化鋯增韌陶瓷復(fù)合材料纖維增強(qiáng)體如玻璃纖維增強(qiáng)陶瓷片狀增強(qiáng)體如碳陶瓷基層狀復(fù)合材料刀片剎車片玻璃纖維加強(qiáng)陶瓷布返回(3)按基體材料氧化物陶瓷基體材料非氧化物陶瓷基體材料微晶玻璃基復(fù)合材料碳/碳復(fù)合材料返回3、陶瓷基復(fù)合材料概述——特點(diǎn)特點(diǎn)：1強(qiáng)度和斷裂韌性高，2斷裂能大時(shí)不發(fā)生突然性斷裂，3高溫下保持常溫性能，4康景太和動(dòng)態(tài)疲勞性優(yōu)異，5強(qiáng)度均勻，6基體斷裂應(yīng)變性能好突出特點(diǎn)：使用溫度范圍廣和高溫強(qiáng)度高：在高溫下長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)生蠕變，并能在溫度反復(fù)變化下保持優(yōu)異的耐沖性能。返回增韌機(jī)理陶瓷晶體的鍵合類型只要是離子鍵和共價(jià)鍵。與金屬相比，可活動(dòng)的滑移系的多，因此陶瓷材料的斷裂應(yīng)變、斷裂韌性很低。陶瓷結(jié)構(gòu)中院子的排列決定它缺乏像金屬那樣的塑性變形能力。加入纖維復(fù)合后提高了韌性，包括：基體預(yù)壓應(yīng)力增韌、裂紋擴(kuò)展受阻、纖維拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)、相變?cè)鲰g、纖維/基體界面解離、纖維橋連增韌、微裂紋增韌返回二、陶瓷基復(fù)合材料的成型加工7、高聚物先驅(qū)體熱解8、化學(xué)氣相沉積9、無(wú)壓燒結(jié)1、熱壓燒結(jié)3、固相反應(yīng)燒結(jié)、4、料漿浸漬熱壓2、熱等靜壓燒結(jié)5、電泳沉積6、溶膠——凝膠11、自蔓延高溫合成法12、直接氧化成型法10注射成型陶瓷基復(fù)合材料成型方法1、熱壓燒結(jié)2、熱等靜壓燒結(jié)陶瓷基復(fù)合材料成型方法3、固相反應(yīng)燒結(jié)、4、料漿浸漬熱壓陶瓷基復(fù)合材料成型方法5、電泳沉積6、溶膠——凝膠陶瓷基復(fù)合材料成型方法7、高聚物先驅(qū)體熱解8、化學(xué)氣相沉積陶瓷基復(fù)合材料成型方法9、無(wú)壓燒結(jié)10、注射成型陶瓷基復(fù)合材料成型方法11、自蔓延高溫合成法12、直接氧化成型法熱壓燒結(jié)將特長(zhǎng)纖維切短(<3mm)，然后分散并與基體粉末混合，再用熱壓燒結(jié)這種方法中，纖維與基體之間的結(jié)合較好，是目前采用較多的方法。短纖維沿加壓面而擇優(yōu)取向，產(chǎn)生了材料性能上一定程度的各向異性。熱壓燒結(jié)法返回三、陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀：發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料的研究與開發(fā)。先進(jìn)高溫?zé)釞C(jī)材料計(jì)劃(HITEMP)、先進(jìn)渦輪技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃、美國(guó)國(guó)家宇航計(jì)劃(NASP)、美國(guó)國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃以及日本的月光計(jì)劃目前導(dǎo)彈、無(wú)人駕駛飛機(jī)以及其它短壽命的陶瓷渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)正處在最后研制階段我國(guó)已形成具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CMC-SiC制造技術(shù)和設(shè)備體系,發(fā)展了4種牌號(hào)的CMC-SiC,并具有制備大型、薄壁、復(fù)雜構(gòu)件的能力,多種構(gòu)件通過了發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境的考核,材料性能和整體研究水平躋身國(guó)際先進(jìn)行列。陶瓷基復(fù)合材料已實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域有刀具、發(fā)動(dòng)機(jī)制件、航天領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)、以及其他領(lǐng)域。法國(guó)已將長(zhǎng)纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料應(yīng)用于制造高速列車的制動(dòng)件,顯示出優(yōu)異的摩擦磨損特性,取得滿意的使用效果。C/SiC陶瓷基復(fù)合材料用在剎車材料、作衛(wèi)星反射鏡用材料等。刀具陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用于切削刀具、閥及閥座、泵襯及擠壓模具等,其性能遠(yuǎn)優(yōu)于硬質(zhì)合金和普通陶瓷材料。其中應(yīng)用得最普遍的要算切削刀具類,它幾乎占工程陶瓷產(chǎn)量的2/3。返回發(fā)動(dòng)機(jī)制件工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)由于長(zhǎng)期工作在高溫高壓下，活塞與活塞環(huán)、缸壁間不斷產(chǎn)生摩擦、潤(rùn)滑條件不充分，工作條件非常惡劣，尤其是在大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)中，普通的鑄鐵或鋁合金活塞易燃易發(fā)生變形，疲勞熱裂。用陶瓷基復(fù)合材料制造的活塞，高溫強(qiáng)度和抗熱疲勞性能明顯提高，并且具有較低的線脹系數(shù)，提高了活塞的工作穩(wěn)定性和使用壽命，具有廣闊的應(yīng)用前景。返回航天領(lǐng)域具有良好的耐熱性和在高溫下比強(qiáng)度高的特性，可用來(lái)制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。它還具有比模量高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，而且克服了其脆性弱點(diǎn)，抗熱震沖擊能力顯著增強(qiáng)。用于航天防熱結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)耐燒蝕、隔熱和結(jié)構(gòu)支撐等多功能的材料一體化設(shè)計(jì)，大幅度減輕系統(tǒng)重量，增加運(yùn)載效率和使用壽命，或者提高導(dǎo)彈武器的射程和作戰(zhàn)效能。返回生物醫(yī)學(xué)近年來(lái)，臨床廣泛應(yīng)用種植牙修復(fù)牙齒缺失，種植區(qū)骨量不足成為牙種植外科面臨的常見問題。為解決這一問題，人們研究了多種骨修復(fù)方法，其中同種異體骨如脫礦骨等曾在口腔外科中廣泛應(yīng)用，取得了一定的修復(fù)效果，但有人認(rèn)為存在潛在的傳播疾病的危險(xiǎn)。若將異體骨經(jīng)高溫鍛燒陶瓷化處理，消除了傳播疾病的潛在危險(xiǎn)，其組成成分完全為人體正常骨組織無(wú)機(jī)成分，具有良好的組織相容性，對(duì)促進(jìn)骨組織修復(fù)具有重要意義。另外，生物活性陶瓷復(fù)合人工骨也具有良好的臨床應(yīng)用前景。返回其他方面返回四、陶瓷基復(fù)合材料的發(fā)展前景

陶瓷基復(fù)合材料的制備存在著很多問題。在高溫、高壓下制備出的復(fù)合材料雖然可以保證材料的致密性，但同時(shí)也對(duì)纖維造成一定的損傷；降