陶瓷基复合材料及其应用.ppt

1、陶瓷基复合材料及其应用陶瓷基复合材料及其应用复材复材1302 1302 组长：李昱组长：李昱 组员：王博生组员：王博生 高磊高磊 张艺璇张艺璇 朱菲朱菲 一陶瓷基复合材料的概述二陶瓷基复合材料的成型加工三陶瓷基复合材料的应用四陶瓷基复合材料的发展前景1、陶瓷基复合材料的定义2、陶瓷基复合材料的分类3、陶瓷基复合材料特点4、陶瓷基复合材料增韧机理1、陶瓷基复合材料概述定义陶瓷基复合材料是陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。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。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这这些些先先进进陶陶瓷瓷具具

2、有有耐耐高高温温、高高强强度度和和刚刚度度、相相对对重重量量较较轻轻、抗抗腐腐蚀蚀等等优优异异性性能能，而而其其致致命命的的弱弱点点是是具具有有脆脆性性，处处于于应应力力状状态态时时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料指指：为为获获得得单单相相陶陶瓷瓷材材料料所所不不具具备备的的性性能能的的人人工工制造的两相（基团和增强体）材料。制造的两相（基团和增强体）材料。陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料强强韧韧化化的的途途径径有有：颗颗粒粒弥弥散散、纤纤维维（晶晶须须）补补强强增韧、层状复合增韧。增韧、层状复合增韧。返回2、陶瓷基复合材料概述分类

3、按材料作用按增强材料形态按基体材料返回结构陶瓷基复合材料用于制造各种受力构件，如碳化硅陶瓷。功能陶瓷基复合材料具有各种特殊性能，如压电陶瓷。返回颗粒增强体如氧化锆增韧陶瓷复合材料纤维增强体如玻璃纤维增强陶瓷片状增强体如碳陶瓷基层状复合材料刀片刹车片玻璃纤维加强陶瓷布返回氧化物陶瓷基体材料非氧化物陶瓷基体材料微晶玻璃基复合材料碳/碳复合材料返回3、陶瓷基复合材料概述特点特特点点：1 1强强度度和和断断裂裂韧韧性性高高，2 2断断裂裂能能大大时时不不发发生生突突然然性性断断裂裂，3 3高高温温下下保保持持常常温温性性能能，4 4康康景景太太和和动动态态疲疲劳劳性性优优异异，5 5强度均匀，强度均匀

4、，6 6基体断裂应变性能好基体断裂应变性能好突突出出特特点点：使使用用温温度度范范围围广广和和高高温温强强度度高高：在在高高温温下下长长时时间间不不发发生生蠕蠕变变，并并能能在在温温度度反反复复变变化化下下保保持持优优异异的的耐耐冲性能。冲性能。返回 陶陶瓷瓷晶晶体体的的键键合合类类型型只只要要是是离离子子键键和和共共价价键键。与与金金属属相相比比，可可活活动动的的滑滑移移系系的的多多，因因此此陶陶瓷瓷材材料料的的断断裂裂应应变变、断断裂裂韧韧性性很很低低。陶陶瓷瓷结结构构中中院院子子的的排排列列决决定定它它缺缺乏乏像像金金属属那那样样的的塑塑性性变变形形能能力力。加加入入纤纤维维复复合合后后

5、提提高高了了韧韧性性，包包括括：基基体体预预压压应应力力增增韧韧、裂裂纹纹扩扩展展受受阻阻、纤纤维维拔拔出出、裂裂纹纹偏偏转转、相相变变增增韧韧、纤纤维维/基基体体界界面面解解离离、纤纤维维桥桥连连增增韧韧、微微裂裂纹纹增增韧韧返回7、高聚物先驱体热解8、化学气相沉积9、无压烧结1、热压烧结3、固相反应烧结、4、料浆浸渍热压2、热等静压烧结5、电泳沉积6、溶胶凝胶11、自蔓延高温合成法12、直接氧化成型法10注射成型1、热压烧结2、热等静压烧结3、固相反应烧结、4、料浆浸渍热压5、电泳沉积6、溶胶凝胶7、高聚物先驱体热解8、化学气相沉积9、无压烧结10、注射成型11、自蔓延高温合成法12、直接

6、氧化成型法将特长纤维切短(3mm)，然后分散并与基体粉末混合，再用热压烧结这种方法中，纤维与基体之间的结合较好，是目前采用较多的方法。短纤维沿加压面而择优取向，产生了材料性能上一定程度的各向异性。热压烧结法返回现状：现状：发动机用高温结构陶瓷复合材料的研究与开发。发动机用高温结构陶瓷复合材料的研究与开发。先先进进高高温温热热机机材材料料计计划划(HITEMP(HITEMP)、先先进进涡涡轮轮技技术术应应用用计计划划、美美国国国国家家宇宇航航计计划划(NASP)NASP)、美美国国国国防防关关键键技技术术计计划划以及日本的月光计划以及日本的月光计划目目前前导导弹弹、无无人人驾驾驶驶飞飞机机以以及

7、及其其它它短短寿寿命命的的陶陶瓷瓷涡涡轮轮发发动动机正处在最后研制阶段机正处在最后研制阶段我我国国已已形形成成具具有有独独立立知知识识产产权权的的CMC-CMC-S S iCiC制制造造技技术术和和设设备备体体系系,发发展展了了4 4种种牌牌号号的的CMC CMC-S S iC,iC,并并具具有有制制备备大大型型、薄薄壁壁、复复杂杂构构件件的的能能力力,多多种种构构件件通通过过了了发发动动机机环环境境的的考考核核,材料性能和整体研究水平跻身国际先进行列。材料性能和整体研究水平跻身国际先进行列。陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料已已实实用用化化或或即即将将实实用用化化的的领领域域有有刀刀具具、发发动动

8、机机制制件件、航航天天领领域域、生生物物医医学学、以以及及其其他他领领域域。法法国国已已将将长长纤纤维维增增强强碳碳化化硅硅复复合合材材料料应应用用于于制制造造高高速速列列车车的的制制动动件件,显显示示出出优优异异的的摩摩擦擦磨磨损损特特性性,取取得得满满意意的的使使用用效效果果。C/C/SiC SiC 陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料用用在在刹刹车车材料、作卫星反射镜用材料等。材料、作卫星反射镜用材料等。陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料应应用用于切削刀具、于切削刀具、阀阀及及阀阀座座、泵泵衬衬及及挤挤压模具等压模具等,其其性性能能远远优优于于硬硬质质合合金金和普通陶瓷材和普通陶瓷材料料。其其中中应应

9、用用得得最最普普遍的要算切削遍的要算切削刀刀具具类类,它它几几乎乎占占工工程陶瓷产量的程陶瓷产量的2/32/3。返回工工程程机机械械内内燃燃机机由由于于长长期期工工作作在在高高温温高高压压下下，活活塞塞与与活活塞塞环环、缸缸壁壁间间不不断断产产生生摩摩擦擦 、润润滑滑条条件件不不充充分分，工工作作条条件件非非常常恶恶劣劣，尤尤其其是是在在大大功功率率的的发发动动机机中中，普普通通的的铸铸铁铁或或铝铝合合金金活活塞塞易易燃燃易易发发生生变变形形，疲疲劳劳热热裂裂。用用陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料制制造造的的活活塞塞，高高温温强强度度和和抗抗热热疲疲劳劳性性能能明明显显提提高高，并并且且具具有有较

10、较低低的的线线胀胀系系数数，提提高高了了活活塞塞的的工工作作稳稳定定性性和和使使用用寿寿命命，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。返回具有良好的耐热性和在高温具有良好的耐热性和在高温下比强度高的特性下比强度高的特性，可，可用来用来制造飞机发动机零部件制造飞机发动机零部件，提提高发高发动机性能。它还具有比动机性能。它还具有比模量高、热稳定性好的特点，模量高、热稳定性好的特点，而且克服了其脆性弱点，而且克服了其脆性弱点，抗抗热震冲击能力显著增强。用热震冲击能力显著增强。用于航天防热结构，于航天防热结构，可实现耐可实现耐烧蚀、隔热和结构支撑等多烧蚀、隔热和结构支撑等多功能的材料一体化设计，功能的

11、材料一体化设计，大大幅度减轻系统重量，幅度减轻系统重量，增加运增加运载效率和使用寿命，载效率和使用寿命，或者提或者提高导弹武器的射程和作战效能高导弹武器的射程和作战效能。返回近近年年来来，临临床床广广泛泛应应用用种种植植牙牙修修复复牙牙齿齿缺缺失失，种种植植区区骨骨量量不不足足成成为为牙牙种种植植外外科科面面临临的的常常见见问问题题。为为解解决决这这一一问问题题，人人们们研研究究了了多多种种骨骨修修复复方方法法，其其中中同同种种异异体体骨骨如如脱脱矿矿骨骨等等曾曾在在口口腔腔外外科科中中广广泛泛应应用用，取取得得了了一一定定的的修修复复效效果果，但但有有人人认认为为存存在在潜潜在在的的传传播播

12、疾疾病病的的危危险险。若若将将异异体体骨骨经经高高温温锻锻烧烧陶陶瓷瓷化化处处理理，消消除除了了传传播播疾疾病病的的潜潜在在危危险险，其其组组成成成成分分完完全全为为人人体体正正常常骨骨组组织织无无机机成成分分，具具有有良良好好的的组组织织相相容容性性，对对促促进进骨骨组组织织修修复复具具有有重重要要意意义义。另另外外，生生物物活活性性陶陶瓷瓷复复合合人人工工骨骨也也具具有有良良好好的的临临床床应应用用前景。前景。返回返回陶陶瓷瓷基基复复合合材材料料的的制制备备存存在在着着很很多多问问题题。在在高高温温、高高压压下下制制备备出出的的复复合合材材料料虽虽然然可可以以保保证证材材料料的的致致密密性

13、性，但但同同时时也也对对纤纤维维造造成成一一定定的的损损伤伤；降降低低制制备备温温度度，低低压压下下制制备备复复合合材材料料，使使得得基基体体孔孔隙隙率率高高，严严重重影影响响复复合合材材料料的的性性能能。因因此此，发发展展新新的的连连续续纤纤维维增增强强复复合合材材料料的的制制备备工工艺艺是是实实现现大大规规模模生生产产的的当当务务之之急急，也也是是今今后后连连续续纤纤维维增增强强复复合合材材料料研研究究的的主主要要方方向向，随随着着研研究究的的不不断断深深入入，高高性性能能复复合合材材料料的的不不断断创创新新，连连续续纤纤维维增增强强复复合合材材料料的应用将会更加广阔。的应用将会更加广阔。