先驱体转化陶瓷基复合材料的性能及应用研究进展
陶瓷基复合材料的研究进展及应用
陶瓷基复合材料的研究进展及应用1. 引言陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和强化相组成的复合材料。
近年来，随着科技的进步和材料技术的发展，陶瓷基复合材料在各个领域得到了广泛的应用。
本文将对陶瓷基复合材料的研究进展及其应用进行全面、详细、完整且深入地探讨。
2. 陶瓷基复合材料的分类根据强化相的不同，陶瓷基复合材料可以分为颗粒增强型、纤维增强型和层状增强型三种类型。
其中，颗粒增强型陶瓷基复合材料的强化相是以颗粒的形式分散在陶瓷基体中的；纤维增强型陶瓷基复合材料的强化相则是以纤维的形式存在；层状增强型陶瓷基复合材料的强化相是通过层状复杂结构实现的。
3. 陶瓷基复合材料的制备方法陶瓷基复合材料的制备方法多种多样，常见的方法有以下几种：3.1 钎焊法钎焊法是将强化相和陶瓷基体通过钎料进行连接的方法。
钎料可以是金属或非金属，通过钎焊方法可以将两种材料牢固地连接在一起，形成复合材料。
3.2 熔融注射法熔融注射法是将强化相和陶瓷基体一起熔融，并通过注射成型的方法制备陶瓷基复合材料。
这种方法可以制备出形状复杂的复合材料，并且其性能均匀性较好。
3.3 助熔剂法助熔剂法是在陶瓷基体中添加助熔剂，使其在较低的温度下熔融并与强化相进行反应，从而制备出陶瓷基复合材料。
3.4 热压烧结法热压烧结法是将陶瓷粉末和强化相在高温高压下进行烧结，使其结合成复合材料。
这种方法可以制备出具有较高密度和优良性能的陶瓷基复合材料。
4. 陶瓷基复合材料的应用领域由于陶瓷基复合材料具有优异的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能，因此在许多领域得到了广泛的应用。
以下是陶瓷基复合材料的几个主要应用领域：4.1 航空航天领域陶瓷基复合材料具有轻质、高强度和耐高温的特点，因此在航空航天领域得到了广泛的应用。
它可以用于制造发动机叶片、航空航天结构件等，提高航空航天器的整体性能。
4.2 光电子领域陶瓷基复合材料具有优异的光学性能和电子性能，因此在光电子领域有着广泛的应用。
耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究
耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究一、本文概述本文旨在探讨耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究。
我们将概述耐超高温陶瓷先驱体的基本概念、特性及其在极端环境下的应用需求。
随后，我们将详细介绍几种常见的耐超高温陶瓷先驱体的制备方法，包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积、聚合物前驱体法等，并分析其优缺点。
在此基础上，我们将探讨这些先驱体转化为陶瓷材料的过程及其影响因素。
接下来，我们将重点讨论耐超高温陶瓷复合材料的制备技术。
复合材料通过结合不同材料的优势，可以进一步提高陶瓷材料的耐高温性能和力学性能。
我们将介绍几种典型的复合增强方法，如纤维增强、颗粒增强和晶须增强等，并探讨这些增强方法对陶瓷复合材料性能的影响。
本文还将对耐超高温陶瓷及其复合材料的性能进行深入研究。
通过测试和分析材料的高温稳定性、热导率、抗热震性、力学性能等指标，我们将评估不同制备方法和增强技术对材料性能的影响。
这些研究将为耐超高温陶瓷及其复合材料在航空航天、能源、冶金等领域的应用提供理论依据和技术支持。
本文还将对耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的研究前景进行展望，探讨未来可能的研究方向和应用领域。
通过本文的研究，我们期望能够为耐超高温陶瓷材料的制备和性能优化提供新的思路和方法，推动相关领域的科技进步和产业发展。
二、陶瓷先驱体及其复合材料的制备制备耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料是一个复杂且需要精细控制的过程，主要包括先驱体的合成、复合材料的制备和后续处理三个步骤。
先驱体的合成是制备超高温陶瓷复合材料的第一步，其关键在于选择合适的原料和合成方法。
通常，我们会选择具有高温稳定性的化合物作为原料，如硅烷、硼烷等。
这些原料在适当的温度和压力条件下，通过化学反应合成出具有特定结构的先驱体。
合成过程中，需要严格控制反应条件，如温度、压力、反应时间等，以确保先驱体的结构和性能满足要求。
在得到先驱体后，下一步就是将其与增强材料（如碳纤维、陶瓷纤维等）复合，制备出陶瓷复合材料。
聚合物先驱体转化法制备多孔陶瓷的研究进展
聚合物先驱体转化法制备多孔陶瓷的研究进展涂建勇, 穆阳阳, 许海龙, 殷小玮, 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：聚合物转化陶瓷（polymer derived ceramics ，PDCs ）制备技术简单，烧结温度低，可设计性强，40年来得到了极大的发展。
本文综述了多孔PDCs 的研究进展，包括模板法、发泡法、冷冻铸造技术、增材制造技术等制备方法；此外，还对陶瓷前驱体如聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷等分子侧链设计以调整陶瓷产物的组成、微结构、力学性能等的研究现状进行了综述；提出未来发展的方向是增材制造技术制备多孔PDCs 及陶瓷前驱体分子层面的设计。
关键词：多孔PDCs ；制备方法；增材制造技术；陶瓷前躯体分子设计doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000097中图分类号：TM285 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2019)04-0001-11聚合物转化陶瓷（polymer derived ceramics ，PDCs ）是通过热处理有机聚合物前驱体，经成型交联由热熔性聚合物转化为热固性聚合物，再经高温裂解最终获得陶瓷产物[1]；它是制备新型高温陶瓷材料的方法之一。
1960年，Ainger 等[2]和Chantrell 等[3]首先采用有机化合物作为陶瓷先驱体制备了非氧化物陶瓷。
之后Verbeek 等[4-5]分别于1973年和1974年在高温条件下，利用有机聚合物转化陶瓷技术制得直径较小的Si 3N 4/SiC 陶瓷纤维。
1975年，Yajima 等[6]首次实现了通过聚碳硅烷转化制备SiC 基陶瓷纤维。
截至目前，PDCs 相关的研究得到了极大的发展。
与传统的陶瓷制备方法相比，PDCs 制备方法的优点体现在四个方面：（1）传统聚合物成型方法，如注塑成型、挤出成型、树脂转化模塑（resin transfer molding ，RTM,）等方法均可以借助聚合物转化陶瓷法进行成型加工，克服了传统陶瓷由于高熔点导致难以加工成型的缺点[7]；（2）降低陶瓷的制备温度[8]；（3）可控制备不同陶瓷化程度的中间产物[9]；（4）可以利用前驱体聚合物的性质，如热解释放气体等来制备多孔陶瓷[9]。
先驱体转化法制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料的研究进展
先驱体转化法制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料的研究进展李涛;陈秋阳;匡乃航;王非;王智博【摘要】The research and development of continuous-fiber-reinforced ceramic matrix composites fabricated by pre-cursor-infiltration-pyrolysis was reviewed in this paper .The studies on precursor , fiber and properties were included .The ceramic matrix composites application and development prospects were pointed out at last .%介绍了先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究现状，简要综述了聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷3种先驱体的研究现状以及增强纤维的种类。
分析了陶瓷基复合材料的应用现状和今后的研究方向。
【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】5页(P17-21)【关键词】先驱体转化法;先驱体;增强纤维;陶瓷基复合材料【作者】李涛;陈秋阳;匡乃航;王非;王智博【作者单位】驻哈尔滨地舰船配套军事代表室，哈尔滨150046;哈尔滨玻璃钢研究院，哈尔滨150036;哈尔滨玻璃钢研究院，哈尔滨150036;哈尔滨玻璃钢研究院，哈尔滨150036;哈尔滨玻璃钢研究院，哈尔滨150036【正文语种】中文陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀，弹性模量高，抗压强度大等优点，在耐高温领域有着较大的应用价值。
但是，陶瓷材料的脆性较大限制了其应用范围，连续纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous-Fibre-Reinforced Ceramic Matrix Composites，简称CFRCMCs)克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点，提高了材料的抗热震冲击能力[1]，同时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，大幅度提高了单体陶瓷的韧性，近年来得到研究者的广泛关注[2]。
先驱体转化SiBCN陶瓷的制备、性能与应用
先驱体转化SiBCN陶瓷的制备、性能与应用
邵长伟;王驰原;龙鑫;王小宙
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2024(67)1
【摘要】先驱体转化法是制备高性能陶瓷材料的重要方法,尤其在连续纤维及其复合材料(FRCMC)的制备、元素组成与微结构调控等方面具有显著优势。
先驱体转化SiBCN陶瓷具有多元素含量可调、化学键合结构可控的特点,构建了不同结构特征和特殊性能的陶瓷材料。
近几年,先驱体转化SiBCN陶瓷发展呈现出新的特点,结构功能一体化设计与制备技术受到了国内外的广泛关注。
本文主要梳理了2016年至今先驱体转化SiBCN陶瓷的国内外研究进展,首先简要介绍先驱体转化SiBCN 陶瓷的主要特点,然后以先驱体转化陶瓷产物的典型特点为分类依据,分别从SiBCN 陶瓷先驱体及其陶瓷产物、连续SiBCN陶瓷纤维、SiBCN基复合材料和功能化SiBCN陶瓷4个方面综述了主要研究进展,提出了未来发展趋势和重点任务,期望为SiBCN陶瓷研制与应用研究提供参考,促进我国先进陶瓷材料的发展进步。
【总页数】26页(P40-65)
【作者】邵长伟;王驰原;龙鑫;王小宙
【作者单位】国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TQ1
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5.一种先驱体转化陶瓷涂层的制备及其现场应用研究
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先驱体转化陶瓷基复合材料的工艺
放丝
导轮
摆线机构
收丝
脱胶炉
超声分散室
浆料槽 浆料 图 3.2 缠绕法制备无纬布的工艺过程
2
无纬布叠层
热模压
复合材料素坯
图 3.3 热模压示意图
3.1.1.2 二维纤维预制件的制备 首先将先驱体溶解于一定量的溶剂中，加入适量的交联剂，再将一定量的填料分批 加入溶液中，超声分散一定时间使其混合均匀。将碳纤维布裁剪成一定形状，铺入模具 中，边铺排碳纤维布边均匀、适量地涂刷浆料，经过合模、模压、交联、裂解和脱模过 程得到二维纤维预制件。如图 3.4 所示。二维预制件制备工艺简单，成本较低。但其制备 的复合材料相当于层压复合材料，其层间和横向性能弱，通过在 Z 方向上增加纤维穿刺，可 改善复合材料的性能。
3.2.1 先驱体浸渍机理
先驱体对碳纤维的浸渍过程是 PIP 法制备陶瓷基复合材料至关重要的环节之一。 它是纤 维-基体界面形成的基础，决定着材料的致密化进程，极大地影响着材料的力学性能。
Hale Waihona Puke 无纬布叠层热模压复合材料素坯
图3.4 二维纤维预制件制备的示意图
3.1.1.3 三维纤维预制件的制备 纤维整体编织复合材料较传统的层压复合材料在性能和工艺方法上具有突出的特点。首 先，整体编织复合材料的增强纤维在空间是多向分布，使得复合材料的性能在空间上趋于均 匀化，从而有效地克服了层压复合材料层间和横向性能弱的特点，其次，可以采用各种整体 编织坚实将纤维编织成所要求的异形整体织物作为增强体，甚至可以按零件的形状和尺寸精 确编织预成型体。 目前已形成了三维编织（Braiding） 、机织（weaving） 、针织（knitting）和缝织 （stitching）等多种立体织物成型工艺。在立体织物应用领域不断增加，新结构织物不断 涌现的今天， 各种立体织物的结构与性能之间的关系便成为应用研究的重要前沿课题。 图3.5 为多种三维编织结构的仿真图。图3.6为三维四向编织的应用构件编织体。
陶瓷基复合材料的研究进展及应用
陶瓷基复合材料的研究进展及应用一、引言陶瓷基复合材料是一种新型的材料，具有高硬度、高强度、高温稳定性等优点，在航空航天、汽车制造、电子器件等领域有广泛的应用。
本文将对陶瓷基复合材料的研究进展及应用进行详细的介绍。
二、陶瓷基复合材料的定义陶瓷基复合材料是以陶瓷为基础，添加多种增强剂和填充剂，通过化学反应或物理方法制备而成的一种新型复合材料。
其主要特点是具有高硬度、高强度、高温稳定性等优点。
三、陶瓷基复合材料的分类根据增强剂和填充剂的不同，可以将陶瓷基复合材料分为以下几类：1. 碳纤维增强陶瓷基复合材料：碳纤维作为增强剂，可以提高材料的强度和刚度。
2. 硅酸盐增强陶瓷基复合材料：硅酸盐作为填充剂，可以提高材料的耐火性能和抗氧化性能。
3. 陶瓷颗粒增强陶瓷基复合材料：陶瓷颗粒作为填充剂，可以提高材料的耐磨性和耐蚀性。
四、陶瓷基复合材料的制备方法陶瓷基复合材料的制备方法包括以下几种：1. 热压法：将预先加工好的增强剂和填充剂与陶瓷粉末混合均匀，然后在高温高压下进行热压，使其形成一体化的复合材料。
2. 热处理法：将预先加工好的增强剂和填充剂与陶瓷粉末混合均匀，然后在高温下进行热处理，使其形成一体化的复合材料。
3. 溶胶-凝胶法：通过溶胶-凝胶反应制备出纳米级别的氧化物粉末，再将其与增强剂和填充剂混合均匀，最后通过加热处理使其形成一体化的复合材料。
五、陶瓷基复合材料的应用由于其具有高硬度、高强度、高温稳定性等优点，陶瓷基复合材料在以下领域有广泛的应用：1. 航空航天领域：陶瓷基复合材料可以用于制造飞机发动机叶片、导向叶片等高温部件。
2. 汽车制造领域：陶瓷基复合材料可以用于制造汽车刹车盘、排气管等高温部件。
3. 电子器件领域：陶瓷基复合材料可以用于制造高压电容器、电子封装等部件。
六、结论随着科学技术的不断发展，陶瓷基复合材料将有更广泛的应用前景。
本文介绍了其定义、分类、制备方法和应用领域，相信对读者对该材料有更深入的了解。
陶瓷基复合材料的研究进展及应用
陶瓷基复合材料的研究进展及应用
陶瓷基复合材料是一类由陶瓷基体和其他增强相组成的新型材料，具有高温、耐磨、耐腐蚀等优异性能。
随着材料科学和工程技术的不断发展，陶瓷基复合材料在各个领域都得到了广泛的应用。
1. 陶瓷基复合材料的研究进展
近年来，针对陶瓷基复合材料的研究越来越深入，取得了一系列重要的进展。
首先，在材料的组成方面，研究人员通过添加不同的增强相，如纤维、颗粒和纳米材料等，有效地提高了陶瓷基复合材料的力学性能和导热性能。
其次，研究人员对陶瓷基复合材料的制备工艺进行了改进和优化，例如采用热压烧结、等离子烧结和化学气相沉积等方法，以获得更高的致密度和均匀的微观结构。
此外，利用先进的表征技术，如扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X 射线衍射仪等，研究人员能够深入了解陶瓷基复合材料的微观结构和相互作用机制。
2. 陶瓷基复合材料的应用
陶瓷基复合材料在诸多领域都有广泛的应用。
首先，在航空航天领域，陶瓷基复合材料因其轻质、高强度和抗腐蚀等特点被用于制作航空发动机和燃气涡轮等零部件。
其次，在能源领域，陶瓷基复合材料因其优异的耐高温性能被广泛应用于核能、太阳能和化学能源等方面，用于制作核反应堆壳体、太阳能电池板和燃料电池等。
此外，陶瓷基复合材料还在汽车制造、电子器件、医疗设备和化工等领域得到了应用，例如用于制作汽车刹车系统、电子封装材料和人工关节等。
先驱体转化法制备多孔陶瓷的发展现状
Ｐｏｌ ｍ ｅ ｙ ｒ Ｐｙｒ ｌ ｉ ｏ ｙｓ ｓ
马 彦， 马青 松 ， 朝辉 （ 陈 国防科 技大 学 新 型 陶瓷
纤 维 及其 复合 材料 国防科 技重 点 实验 室 ， 长沙 ４ ０ ７ ） １ ０ ３
ＭＡ ｎ，Ｍ Ａ ｎ —ｏ ｇ，ＣＨＥＮ ａ — ｕ （ ｙ Ｌａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ｖ ｌ ｒ ｍｉ ｂ ｒ Ｙａ Ｑｉ ｇ ｓ ｎ Ｚｈ ｏ ｈ ｉＫｅ ｂ ｒｔ ｒ ｆＮｏ ｅ ａ ｃＦｉｅ ｓ＆ Ｃｅ
ｐｏ ｏｕ ｅ ａ ｉｓ ａ ｅ ａ ｉ ｏ ｍ ｓ Ｔ ｈ ｓ ａ ｔｃ ｅ ｉ ｒ ｄｕｃ ｓｔ ｒ ｅ ｓ ｎ ｒ ｓ ｃ ｒ ｍ ｃ ｎｄ ｃ ｒ ｍ ｃｆ ａ ． ｉ ｒｉ ｌ ｎｔ ｏ ｅ ｈｅ ｐ ｏｃ ｓ ｉ ｇ，ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｎｄ ｐｒ ｅ ｔｅｓｏ ｔ ｕ ｔ ｅａ ｏｐ ｒ ｉ ｆ
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先驱体转化陶瓷
摘要本文选用国内市场已经商品化的廉价易得含氢聚硅氧烷(HPSO)和二乙烯基苯(DVB)为原料，研究了HPSO-DVB体系的交联与裂解行为，以及聚硅氧烷转化制备陶瓷基复合材料的工艺以及材料的结构与性能进行了系统研究。
研究表明HPSO-DVB在氯铂酸的催化作用下才能有效交联固化；各组分的重量比例和温度是影响交联程度和陶瓷产率的关键因素。
运用红外光谱、热分析、拉曼光谱、X射线衍射对交联和裂解的产物及过程进行了表征。
结果表明，HPSO：DVB为2:1时，交联温度为120℃时，得到的交联体外观较好，为无色透明固体，符合成型需要，且陶瓷产率较高，为74.6％，是制备SiOC陶瓷基复合材料的合适先驱体。
裂解产物由Si、O、C元素组成，其中O全部与Si结合，C一部分与Si结合，另一部分以自由碳形式存在；裂解得到的陶瓷体为非晶态。
关键词：聚硅氧烷，陶瓷，先驱体，交联，裂解AbstractThis selection of the domestic market has been the commercialization of cheap and easy to get hydrogen polysiloxane (HPSO) and divinylbenzene (DVB) as a raw material, the cross-linking and cracking behavior HPSO-DVB system, as well as the conversion of polysiloxane Preparation of ceramic-based technology as well as the structure and properties of composite materials has been systematically studied. Studies show that HPSO-DVB in chloroplatinic acid catalysis can effectively crosslinking; each component weight ratio and temperature are the key factors affecting the degree of crosslinking and ceramic yield.The use of infrared spectroscopy, thermal analysis, Raman spectroscopy, x-ray diffraction to crosslinking and pyrolysis products and processes were characterized. The results showed that, HPSO:DVB 2:1, crosslinking temperature of 120℃, the resulting appearance is preferably crosslinked as a colorless transparent hard solid molding requires compliance, and high ceramic yield, 74.6% , is the preparation of SiOC ceramic matrix composites suitable precursor; cleaved product from Si, O, C of elements, all of which in combination with O Si, C and Si in part, to another part of the form of the free carbon; cleaved resulting ceramic body amorphous.Key Words: Polysiloxane，Ceramics，Precursor，Curing，Pyrolysis目录1 绪论 (5)1.1 先驱体转化陶瓷工艺概述 (5)1.2 先驱体陶瓷的发展历史及研究背景 (6)1.2.1 先驱体陶瓷的发展历史 (6)1.2.2先驱体陶瓷的研究背景 (7)1.3聚硅氧烷作为陶瓷前驱体制备陶瓷材料的研究情况 (8)1.3.1 制备陶瓷薄膜 (8)1.3.3 制备连接陶瓷材料 (9)1.3.4 制备多孔陶瓷材料 (9)1.4 聚硅氧烷的交联与热解 (10)1.5 Si-O-C陶瓷研究现状 (11)1.5.1 Si-O-C陶瓷的结构 (11)1.5.2 Si-O-C陶瓷的性能 (13)1.6 课题研究的主要内容与意义 (14)2 实验方法与测试技术 (15)2.1实验原料与实验设备 (15)2.1.1 实验原料 (15)2.1.2 实验设备 (16)2.2实验方案设计及实验过程 (16)2.2.1实验方案设计 (16)2.2.2 实验过程 (17)2.2.2工艺流程 (18)2.3 测试技术 (18)2.3.1 热分析 (18)2.3.2 红外光谱分析 (18)2.3.3拉曼光谱分析 (18)2.3.4 X射线衍射分析 (19)3 结果与分析 (20)3.1交联成型过程分析 (20)3.1.1 不同配比在不同交联温度条件下的样品形态分析 (20)3.1.2不同配比在不同交联温度条件下产物的的质量变化 (22)3.1.3不同配比在不同交联温度条件下样品的红外光谱分析 (23)3.2热解过程分析 (27)3.2.1交联体热解后的的样品形态分析 (27)3.2.2不同HPSO/DVB配比体系的热重与差热曲线分析 (28)3.2.3交联体经高温热处理后的拉曼光谱分析 (30)3.2.4交联体经高温热处理后的X射线衍射分析 (31)4 结论 (33)参考文献 (34)致谢 (37)1 绪论纵观人类历史，材料的发展可以被誉为人类文明进步的里程碑。
陶瓷基复合材料的进展及应用论文
陶瓷基复合材料的研究与应用
第一章 陶瓷基复合料料的研制进展
1.1 陶瓷基复合材料简单介绍
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[3]。
关键词：陶瓷基;复合材料;增韧
陶瓷基复合材料的研究与应用
目录
绪 论.................................................................................................................... 1 第一章 陶瓷基复合料料的研制进展............................2
陶瓷基复合材料的研究与应用
院系： 班级： 姓名： 学号： 教师：
陶瓷基复合材料的研究与应用
摘要
陶瓷材料具有熔点和硬度高、密度低、耐磨损和腐蚀以及高温稳定性好等优 点，但作为高温结构材料，低韧性使其致命的弱点。其断裂过程在瞬间完成，断 裂前没有任何征兆，即不像塑形的金属材料存在着明显的屈服和流变。鉴于此， 单相陶瓷材料的应用受到了很大的限制，因此，改善陶瓷材料的韧性成为了提高 陶瓷材料使用可靠性的关键。通常使用的韧性方法有相变增韧、颗粒增韧、晶须 增韧以及连续纤维增韧等，众多陶瓷增韧方式中，连续纤维增韧效果最为明显[1]。 上世纪八十年代中后期以来，连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究与开发已经成 为高技术现代陶瓷研究与开发的一个前沿，并运用到航空、航天、军事等重要领 域中。
先进陶瓷基复合材料的力学性能研究
先进陶瓷基复合材料的力学性能研究近年来，先进陶瓷基复合材料因其独特的物理、化学和力学性能而受到广泛关注。
它们在许多领域中的应用已经得到了证明，例如航空航天、汽车制造、能源行业等。
本文将重点研究先进陶瓷基复合材料的力学性能，并探讨其在不同应力条件下的力学行为。
1. 引言先进陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和增强相构成的复合材料。
陶瓷基体具有高温稳定性、硬度和耐腐蚀性等优点，而增强相则能够提供高强度和韧性。
这种独特的组合使得先进陶瓷基复合材料具有出色的力学性能。
2. 先进陶瓷基复合材料的力学性能2.1 强度和刚度先进陶瓷基复合材料具有高强度和高刚度的特点。
研究表明，增强相的加入可以显著提高复合材料的强度和刚度。
这是由于增强相能够承担大部分外部载荷，并有效地阻止裂纹的扩展。
2.2 韧性和断裂行为虽然先进陶瓷基复合材料具有高强度和刚度，但其韧性相对较低。
这是由于陶瓷基体的脆性导致的。
然而，通过在复合材料中引入合适的界面或增强相，可以提高韧性并改善断裂行为。
例如，纤维增强复合材料中的纤维与基体之间的界面能够耗散裂纹能量，从而提高复合材料的韧性。
3. 应力条件对先进陶瓷基复合材料的影响3.1 静态加载在静态加载条件下，先进陶瓷基复合材料的强度和刚度能够得到充分发挥。
然而，由于其相对较低的韧性，一旦发生破坏，往往表现为突然失效。
3.2 动态加载在动态加载条件下，先进陶瓷基复合材料的力学行为会发生明显变化。
由于惯性效应的存在，复合材料在高速冲击或振动条件下的行为可能与静态加载时不同。
因此，在设计先进陶瓷基复合材料结构时，需要考虑其在动态加载下的力学性能。
4. 先进陶瓷基复合材料的优化设计为了充分发挥先进陶瓷基复合材料的力学性能，优化设计是必不可少的。
首先，需要选择合适的陶瓷基体和增强相，以满足特定应用的要求。
其次，界面的设计也至关重要，可以通过表面改性或添加界面材料来增强增强相与基体之间的粘合力。
此外，先进制备技术的应用也可以改善材料的结构和性能。
高性能陶瓷基复合材料的制备与性能研究
高性能陶瓷基复合材料的制备与性能研究高性能陶瓷基复合材料是一种具有优异物理、化学和力学性能的材料，常被应用于各个领域，如电子、能源、航空航天等。
本文将介绍高性能陶瓷基复合材料的制备方法以及对其性能的研究。
一、制备方法在高性能陶瓷基复合材料的制备过程中，常用的方法包括前驱体浸渍法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法等。
前驱体浸渍法是一种将陶瓷材料浸渍到基底材料上的方法。
首先，将前驱体浸渍液制备好，然后将基底材料浸入浸渍液中，使其充分吸附。
接下来，通过热处理过程，使前驱体转化为陶瓷相，然后形成陶瓷基复合材料。
溶胶-凝胶法是一种通过溶胶凝胶转化制备陶瓷基复合材料的方法。
首先，将有机金属化合物与溶剂混合，形成溶胶。
然后，在适当的条件下，使溶胶发生凝胶化反应，形成凝胶。
接着，通过热处理使凝胶转化为陶瓷相。
化学气相沉积法是一种通过气相反应制备陶瓷基复合材料的方法。
该方法需要使用高温气体作为反应介质，将金属有机化合物或金属氯化物等反应物输送到基底材料上，经过反应生成陶瓷相。
二、性能研究高性能陶瓷基复合材料的性能研究主要包括物理性能、化学性能和力学性能等方面。
物理性能是指材料的热学、电学和光学性能等。
其中，热学性能可以通过热导率和热膨胀系数等参数进行研究。
电学性能可以通过电导率和介电常数等参数进行研究。
光学性能可以通过透光率和折射率等参数进行研究。
研究这些性能可以帮助人们更好地了解材料的特性以及能否满足特定应用需求。
化学性能是指材料与周围环境发生化学反应时的稳定性和耐腐蚀性等。
研究材料的化学性能可以确定其在特定环境中的抗腐蚀性能和长期稳定性。
这对于一些特殊环境下的应用尤为重要。
力学性能是指材料在受力情况下的表现，包括强度、硬度和韧性等。
研究材料的力学性能可以帮助人们更好地了解其承载能力以及在应力加载下的变形行为。
这对于材料在结构和工程领域的应用具有重要意义。
综上所述，高性能陶瓷基复合材料的制备与性能研究至关重要。
通过选择合适的制备方法，并对其性能进行综合研究，可以为该类材料的应用提供科学依据和指导。
陶瓷先驱体催化裂解研究进展
第41卷第4期2022年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.41㊀No.4April,2022陶瓷先驱体催化裂解研究进展赵雨航,郭㊀蕾,马青松(国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室,长沙㊀410073)摘要:有机聚合物衍生陶瓷技术具有聚合物分子可设计性强㊁成型容易和制备温度低等优点,已经成为陶瓷及其复合材料的主要制备技术之一㊂裂解是陶瓷先驱体实现从有机到无机转化的关键步骤,对目标陶瓷的组成㊁结构和性能有着决定性的影响㊂在陶瓷先驱体中添加过渡金属进行催化裂解,可以改变其裂解行为,进而调控和拓展裂解产物的结构和性能㊂本文从不同过渡金属对陶瓷先驱体的催化裂解作用入手,总结了陶瓷先驱体催化裂解的研究现状,探讨了催化机理,并就后续深化研究与应用提出了发展建议㊂关键词:裂解;催化;过渡金属;陶瓷先驱体;有机聚合物衍生陶瓷;聚硅氮烷;硅氧烷;磁学性能中图分类号:TB321㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2022)04-1395-09Research Progress on Catalytical Pyrolysis of Preceramic PolymersZHAO Yuhang ,GUO Lei ,MA Qingsong(Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers &Composites Laboratory,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China)Abstract :Polymer-derived ceramics technology has become one of the main preparation technologies for ceramics and ceramic composite materials due to the advantages of flexible designability of polymer molecules,easy molding and low preparation temperature.Pyrolysis is a key step for the preceramic polymer to transform from organic to inorganic,and plays a decisive role on the composition,structure and properties of the target ceramics.By adding transition metals to the preceramic polymers for catalytical pyrolysis,the pyrolysis behavior was tailored to regulate and expand the structure and performance of the pyrolyzates.The catalytical pyrolysis effects of different transition metals on preceramic polymers were reviewed,the research status was summarized,the catalytical mechanism was discussed,and the development suggestions for the subsequent research and application were proposed.Key words :pyrolysis;catalysis;transition metal;preceramic polymer;polymer-derived ceramics;polysilazane;siloxane;magnetic property 收稿日期:2021-12-01;修订日期:2021-12-30基金项目:湖南省自然科学基金(2020JJ5659);湖南省优秀博士后创新人才项目(2020RC2040)作者简介:赵雨航(1998 ),女,硕士研究生㊂主要从事催化裂解法陶瓷基复合材料的研究㊂E-mail:zyh98312@通信作者:马青松,博士,研究员㊂E-mail:nudtmqs1975@0㊀引㊀言经过40多年的发展,有机聚合物衍生陶瓷(polymer-derived ceramics,PDCs)技术已经成为陶瓷及陶瓷基复合材料的主流制备技术之一[1]㊂与传统制备工艺相比,PDCs 技术在降低制备温度㊁设计调控陶瓷组成㊁成型复杂形状等方面具有明显优势㊂目前,PDCs 技术在航空航天㊁武器装备㊁表面防护㊁电子器件等领域都得到了较好的应用㊂PDCs 技术首先基于分子设计方法和化学合成原理,合成出满足一定要求的聚合物即陶瓷先驱体,然后将陶瓷先驱体加工成型并固化,最后通过裂解得到目标陶瓷㊂在裂解过程中,陶瓷先驱体经历断键㊁重排㊁小分子气体释放等复杂的化学变化,同时伴有密度增大㊁体积收缩等物理变化㊂因此,裂解是陶瓷先驱体从有机物转变为无机物的关键步骤,对目标陶瓷的成分㊁结构和性能有着决定性影响㊂1396㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷陶瓷先驱体最常用的裂解方式是在高温炉中加热,除此之外,还有激光照射[2]㊁微波辐射[3-4]㊁离子辐照[5-7]等裂解方式㊂研究[8-13]发现,在陶瓷先驱体中添加过渡金属作为催化剂,会影响目标陶瓷的组成和结构,进而改变其性能和功能㊂因此,陶瓷先驱体的催化裂解引起广泛关注,并得到了较多研究㊂本文从不同种类催化剂入手,总结陶瓷先驱体催化裂解的研究现状,并就后续深化研究与应用提出发展建议㊂1㊀Ni 元素的催化裂解作用Ni 不仅是非晶碳石墨化过程中常用的高效催化剂[14-15],而且它对陶瓷先驱体的裂解也有明显的催化作用㊂Ni 的引入方式主要有以下三种㊂1.1㊀Ni粉与陶瓷先驱体混合图1㊀Ni 含量对聚碳硅烷裂解产物中β-SiC 晶粒尺寸的影响[16]Fig.1㊀Crystal-size of β-SiC derived from polycarbosilane pyrolysis with various Ni content [16]王军等[16]通过超声振荡将纳米Ni 粉与聚碳硅烷混合,经熔融纺丝㊁不熔化和裂解过程制备出含Ni 的SiC 纤维㊂通过XRD 表征并根据2θ=35.6ʎ处的衍射峰计算(见图1)发现,随着Ni 含量的增加,裂解产物中β-SiC 晶粒的尺寸逐步增大,这表明纳米Ni 粉对β-SiC 微晶的生长具有催化作用㊂作者认为,Ni 在裂解过程中与Si 反应生成了金属间化合物Ni 2Si,其在裂解温度(1250ħ)下呈液态,可以促进大量Si㊁C 元素的溶解,从而反应生成较大尺寸的β-SiC 晶粒㊂1.2㊀含Ni 的盐与陶瓷先驱体共溶混合Scheffler 等[17]和Segatelli 等[18]将聚硅氧烷和醋酸镍(NiAc,镍相对聚硅氧烷的质量分数约为1%)在有机溶剂中共溶后交联,然后在氩气保护下,分别在700ħ㊁850ħ㊁950ħ和1000ħ㊁1300ħ㊁1500ħ下进行裂解,研究了裂解温度对目标陶瓷的影响㊂通过XRD 表征(见图2)发现,在相同裂解温度(1300ħ和1500ħ)下,Ni 的引入明显促进了方石英相和β-SiC 相的生成和结晶㊂同时,在950ħ裂解含Ni 陶瓷的XRD 谱中出现了石墨碳衍射峰,在700~1000ħ裂解的含Ni 产物中通过高分辨率透射电镜观察到了如图3所示的涡轮状乱层石墨结构,这表明Ni 还具有促进自由碳生成和石墨化的作用㊂图2㊀不同温度裂解的无Ni 和含Ni 陶瓷的XRD 谱[18]Fig.2㊀XRD patterns of Ni-free and Ni-containing ceramics pyrolyzed at different temperatures [18]无Ni 和含Ni 的聚苯基甲基倍半硅氧烷在不同裂解温度下的C /H 摩尔比和比电阻ρ如表1所示㊂表1中数据表明,Ni 在裂解过程中能够促进C H 键的断裂,从而表现出更高的C /H 摩尔比,同时促进自由碳的石墨化,导致裂解产物的比电阻仅为无Ni 产物的千分之一,而且这一催化效应随着裂解温度升高变得更加明显㊂Scheffler 等[17]研究还发现,当样品中存在孔隙时,Ni 还能够在孔隙这一 微型反应器 中催化陶瓷先第4期赵雨航等:陶瓷先驱体催化裂解研究进展1397㊀驱体分解生成的小分子含碳气体,生成如图4所示的碳纳米管㊂作者认为,这一研究结果为制备碳纳米管/陶瓷复合材料提供了另一种途径㊂表1㊀无Ni 和含Ni 的聚苯基甲基倍半硅氧烷在不同裂解温度下的C /H 摩尔比和比电阻ρ[17]Table 1㊀C /H molar ratio and specific electrical resistance ρof Ni-free and Ni-containingpoly (phenyl methyl silsesquioxane )as a function of pyrolysis temperature [17]Temperature /ħNi-free sample Ni-containing sample C /H ρ/(Ω㊃cm)C /H ρ/(Ω㊃cm)700 1.781ˑ1010 2.192ˑ107850 3.932ˑ108 4.181ˑ10510009.893ˑ10312.26<0.5图3㊀聚硅氧烷衍生陶瓷中的涡轮状乱层石墨片层结构(深色区域为Ni 原子)[17]Fig.3㊀Arrangement of atomic planes of turbostratic carbon around a Ni cluster (dark region)in the polysiloxane-derived ceramics[17]图4㊀1000ħ裂解产物孔隙中生成的多壁碳纳米管的TEM 照片[17]Fig.4㊀TEM image of multiwall carbon nanotubes in a pore after pyrolysis at 1000ħ[17]1.3㊀含Ni 配位化合物化学修饰陶瓷先驱体Zhang 等[19]分别将质量分数为4%㊁8%的二茂镍和聚硅氮烷在四氢呋喃中共溶混合,在交联过程中将Ni 引入到先驱体分子链中,再在900~1300ħ惰性气氛下裂解,制备得到Si-Ni-C-N 陶瓷㊂在拉曼光谱(见图5)中可以看到,含Ni 陶瓷的1350cm -1处D 峰强度(I D )和600cm -1处G 峰强度(I G )的比值明显低于不含Ni 陶瓷,而且随着Ni 含量的增加,I D /I G 逐步下降㊂这证明Ni 促进了陶瓷中自由碳的有序化㊂另外,Ni 原子与Si-C-N 非晶相反应生成的Ni 2Si 具有良好的磁性,使得Si-Ni-C-N 陶瓷表现出超低磁滞损耗的软磁行为㊂图5㊀不同Ni 含量Si-Ni-C-N 陶瓷的拉曼光谱[19]Fig.5㊀Raman spectra of Si-Ni-C-N ceramics with various Ni content[19]图6㊀含有不同质量分数Ni 的AHPCS 先驱体600ħ下裂解产物的孔径分布[21]Fig.6㊀Pore size distribution of AHPCS precursors pyrolytic production containing different mass fractions of Ni obtained at 600ħ[21]1398㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷㊀㊀Zaheer 等[20]将聚硅氮烷和不同含量胺基镍配合物溶于四氢呋喃,Yu 等[21]将烯丙基氢化聚碳硅烷(allylhydridopolycarbosilane,AHPCS)与不同含量的乙酰丙酮镍(Ni(acac)2)在吡啶中混合,交联后分别在600ħ的氮气或氩气中裂解,得到含有丰富纳米孔的 ceramer ㊂裂解产物孔径分布如图6所示,主要表现为介孔特征(孔径为2~50nm),同时含有少量微孔(孔径<2nm)和大孔(孔径>50nm)㊂在不含Ni 时,聚合物向 ceramer 转变过程中形成的瞬态孔隙会迅速坍塌,因而得到的 ceramer 几乎不含孔㊂这表明,Ni(acac)2的引入有助于陶瓷在600ħ下裂解形成多孔网络,分析原因如下:(1)对于聚硅氮烷而言,在Ni 的催化作用下,Si H 和N H 键之间的脱氢偶联反应程度显著增大,对于聚碳硅烷来说,Ni(acac)2与AHPCS 中的Si H 键发生反应,消耗了大量Si H 键,以上反应增加了先驱体的交联度,从而增强了先驱体向 ceramer 转变过程中的分子网络结构稳定性[22-23];(2)裂解过程中产生的还原性气体将含镍催化剂还原为Ni,纳米Ni 颗粒的存在降低了非均相孔隙成核的障碍;(3)Ni 可以催化生成涡轮状乱层石墨,它和纳米Ni 的存在,可使孔隙的黏性流动减弱;(4)原位形成的纳米填料,如Ni㊁NiO 和镍硅化物,加强了多孔结构并阻止了孔的坍塌㊂2㊀Fe 元素的催化裂解作用将Fe 引入到PDCs 中,也主要采用三种不同的方法:将含铁的金属粉末和先驱体混合[24-26];将含铁的盐与先驱体共溶混合[27-28];将含Fe 催化剂掺入聚合物先驱体的骨架中,即由金属聚合物合成[29-30]㊂关于Fe催化PDCs 的研究,主要集中在目标陶瓷的磁㊁电和吸波特性方面[24,31-32]㊂2.1㊀磁学性能Hojamberdiev 等[29]将聚甲基硅氧烷(PMS)与乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)共溶于异丙醇中,Fe(acac)3与PMS 中存在的Si OH 反应基团发生反应,释放乙酰丙酮并形成Si O Fe 单元,裂解后制备出含Fe 3Si 和Fe 5Si 3的SiFeOC 纳米复相陶瓷,表现出软磁性能,饱和磁化强度高达26.0emu /g㊂Yu 等[32]制备的超支化聚二茂铁基碳硅烷也具有高的饱和磁化强度,并表现出磁滞现象㊂材料磁学性能的提高主要是因为在制备过程中原位生成了α-Fe 或含Fe 化合物㊂先驱体裂解时生成的碳氢化合物(C x H y )和氢气形成了还原气氛,使含铁催化剂向α-Fe 转变[32],同时部分含铁催化剂可与先驱体中Si 的侧链基团发生反应,形成含Fe 单元,然后分相生成含Fe 化合物,从而增强目标陶瓷的磁性[29]㊂图7㊀不同温度下含3%Fe 的陶瓷的磁化与应用磁场(插图:低H 时放大的部分图)[32]Fig.7㊀Magnetization and applied magnetic field for ceramics containing 3%Fe at different temperatures (inset:enlarged portion of the plots at low H )[32]随着裂解温度的改变,目标陶瓷的磁性会发生改变㊂Yu 等[32]将AHPCS 和不同含量的乙烯基二茂铁(VF)混合,交联反应后得到超支化聚二茂铁基碳硅烷,然后在900~1300ħ氩气气氛下裂解得到目标陶瓷㊂裂解过程中VF 会被烃类气体还原生成α-Fe,成为嵌入在非晶SiC(O)/C 基体中的磁性相㊂不同温度下含3%(质量分数)Fe 的陶瓷在不同大小外加磁场H下的磁化强度M 如图7所示,随着裂解温度升高,目标陶瓷磁性增强,这是因为温度升高产生更多还原性气体,导致更多的Fe 被还原,α-Fe 颗粒增大,由小的顺磁性α-Fe 粒子转变为更大的铁磁性α-Fe 粒子㊂Hojamberdiev 等[29]也发现了类似的规律,添加了Fe(acac)3的聚甲基倍半硅氧烷在1000~1500ħ氩气中裂解时,Fe(acac)3的催化结晶产物随温度变化而发生改变,导致其饱和磁化强度不同㊂在裂解过程中Fe(acac)3与SiOC 基体反应生成Fe-C-Si 合金,随后在1000~1300ħ内,Fe 3Si 和碳结晶;超过1300ħ时,Fe 5Si 3和β-SiC 结晶,在1500ħ下裂解制备的样品的饱和磁化强度最高(26.0emu /g),这是由于Fe 5Si 3相的晶粒大小和稳定性随温度升高而增加㊂㊀第4期赵雨航等:陶瓷先驱体催化裂解研究进展1399裂解升温速率也会影响Fe催化的目标陶瓷的成分㊁结构和磁性㊂Kolel-Veetil等[33]在裂解聚二茂铁硅氧烷时发现,升温速率会影响Fe的催化能力㊂在较高的升温速率下,溶解有更多Si的Fe颗粒将优先刻蚀周围的碳相,导致其转化为碳纳米颗粒,得到Fe5Si3/β-SiC/C复相陶瓷;而在较低的升温速率下,具有较少量溶解Si的Fe催化剂将优先催化碳相向纳米石墨纤维转变,得到由掺杂Si的面心立方Fe纳米粒子㊁高长径比碳相以及非晶基体组成的裂解产物㊂200K和100K时,在较低升温速率下得到的含有掺杂Si的面心立方Fe样品表现出正磁阻(magnetoresistance,MR),而在同样温度下,较高升温速率得到的含Fe5Si3的样品表现出负MR㊂这是由于磁性Fe5Si3纳米粒子被大尺寸的碳纳米颗粒分割,粒子之间的距离较远,导致Fe5Si3纳米颗粒之间弱耦合,从而产生了负MR㊂上述研究表明,通过改变裂解温度和升温速率,可以调节目标陶瓷中α-Fe粒径㊁催化结晶产物等,进而调控其磁学性能㊂这种灵活性有利于目标陶瓷在信息存储和磁制冷等领域的应用㊂2.2㊀电学性能Wang等[34]发现掺杂质量分数15%的Fe2O3的聚硅氮烷衍生的SiCN陶瓷在10.5GHz时的反射系数和电磁衰减系数分别达到-11dB和325dB,表明掺铁SiCN陶瓷具有良好的吸波性能;Duan等[28]发现掺二茂铁的聚硅氧烷裂解产物的介电常数实部和虚部分别由不掺铁的3.63和0.14增加到10.72和12.17,最小反射系数由-1.22dB减小到-20.01dB;Li等[35]发现二茂铁改性的聚硅氮烷裂解产物的电导率可从5.9ˑ10-5S/m增加到7.4ˑ10-1S/m,整个X波段的反射率小于-14dB,具有良好的微波吸收性能㊂因此,铁掺杂PDCs在吸波材料方面具有潜在的应用前景㊂电学性能的提高主要归因于Fe催化生成的一维纳米结构(碳纳米管㊁碳纳米纤维㊁SiC纳米线等)和更多的游离碳㊂一方面,在陶瓷先驱体裂解期间,大量烃类气体生成,被Fe原位催化形成一维纳米结构,桥联了陶瓷颗粒,从而提高了电导率[28];另一方面,含Fe催化剂催化先驱体裂解生成了更多游离碳,在外加电磁场作用下电流在其中流动,由于瓦格纳效应,载流子在界面上转移和积累,形成界面偶极子,这些偶极子引起介电常数实部和虚部的增加[36]㊂此外,游离碳中的缺陷和悬空键也会导致样品的介电常数增大[37-38]㊂裂解温度会对含Fe的PDCs的微观结构㊁介电性能和电磁波(electromagnetic wave,EMW)吸收性能产生较大的影响㊂Ding等[27]将FeCl3和聚硅氧烷共溶于无水乙醇,然后在800~1500ħ氩气气氛下裂解,当裂解温度在800~1200ħ时,Fe催化Si O C基体中原位生成不同数量的碳纳米管,建立导电网络,造成导通损耗,但频率色散效应不明显;而当温度升高到1500ħ时,碳和硅元素在铁液滴中溶解并反应形成SiC 微球㊁针状SiC,同时SiO2发生碳热还原反应生成了SiC纳米线㊂原位生成的SiC㊁碳纳米晶和一维SiC纳米线形成的三维导电网络增加了吸收体的电流输送,促进了导电损耗,同时诱发了许多不饱和配位和悬空键,导致电偶极极化,另一方面,正负电荷在碳㊁SiC㊁SiO2和Si O C结构之间的异质结界面聚集,导致局部电流急剧增加,这些极化偶极子的方向与电磁场方向相反,导致EMW的损耗,以上协同作用使EMW吸收性能显著提高㊂3㊀Co元素的催化裂解作用关于Co催化裂解陶瓷先驱体的研究较少㊂王军等[39]将纳米Co粉引入聚碳硅烷中,发现其促进了裂解过程中β-SiC晶粒的生长㊂Pereira等[13]和Kol ㊅r等[40]研究发现,Co和Ni㊁Fe一样,可以催化促进自由碳和陶瓷相的结晶,但催化效果有所差异㊂Vakifahmetoglu等[24,41]在氩气气氛下对比了Fe㊁Co催化裂解(甲基苯基)倍半硅氧烷(PMPS)的效果,如图8所示,Co催化时能更有效地形成大量细的和纠缠形态的SiC纳米线,所以认为Co的催化效果高于Fe㊂Narciso-Romero等[42]由稻壳出发合成SiC晶须时,比较了Fe㊁Co和Ni的催化效果,结果显示催化活性从高到低依次为Ni㊁Co㊁Fe㊂着眼于纳米粒子过滤㊁气体吸附㊁催化剂载体或催化等应用,Guo等[43]和Fukushima等[44]利用Co的催化效应,在纤维毡中生成纳米线㊂纳米线不仅能够明显提高纤维毡的比表面积,是不含Co样品的3.3倍[43],而且这些纳米线之间以及纳米线与纤维之间的空隙构成的 孔隙 进一步丰富了纤维毡的几何表面和孔结构㊂上述方法是一种简单有效地制备纳米线装饰多孔陶瓷元件的方法,可应用于生产过滤器中具有高捕集效率和低压降的组件㊂1400㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷图8㊀在1400ħ下氩气中裂解得到的SiOC多孔陶瓷的断口形貌(插图:纳米线的高分辨率图像)[24,41] Fig.8㊀Fracture surfaces of porous SiOC ceramics pyrolyzed at1400ħunder Ar(inset:high-resolution image of nanowires)[24,41]4㊀催化剂引入方式和催化机理在陶瓷先驱体的催化裂解中,催化剂的引入形式主要是金属纳米粉㊁盐共溶㊁配位化合物修饰三种㊂将金属催化剂纳米粉末与先驱体混合的方式简单易行,但纳米粉末易团聚,导致难以单颗粒均匀分散,势必会影响催化效果㊂过渡金属的盐和先驱体在有机溶剂中共溶的方式可避免粉末团聚的问题,能够实现分子级水平上的均匀混合,但受两者互溶性以及在溶剂中的溶解度限制,过渡金属颗粒在陶瓷基体中容易呈现非均相分布,从而影响催化效果的均匀性㊂利用含过渡金属的配位化合物对陶瓷先驱体进行化学修饰,可将过渡金属嫁接到陶瓷先驱体的分子链中[45],既能解决溶解性限制,又能实现原子级水平上的均匀分散[30],但这种方法既要有合适的含过渡金属的配位化合物,又要能与陶瓷先驱体产生反应,过程相对复杂,成本较高㊂因此,需要根据具体实际来选择过渡金属催化剂的引入方式㊂Ni㊁Fe㊁Co对陶瓷先驱体的裂解具有明显的催化效果,一是能够促进自由碳㊁SiC等陶瓷相的结晶,二是能够生成纳米管㊁纳米线等一维纳米结构㊂催化剂促进自由碳向涡轮状乱层石墨转变的原因,即催化石墨化机理,是最先由Jackson等[46]提出的溶解-析出(dissolution-precipitation)机理㊂在这一机制中,碳碳键首先会在无序碳与金属界面处被催化剂金属破坏,然后碳在固体或熔融金属中溶解,并在非晶碳和结晶石墨之间自由能差的驱动下析出石墨碳㊂SiC的进一步结晶是由于石墨碳溶解在金属和Si组成的合金中,与熔体中的Si反应,从而生成SiC结晶㊂一维纳米结构的形成主要受气-液-固(VLS)反应机理控制,即陶瓷先驱体裂解过程中产生的气体溶解在催化剂熔滴中,发生反应后被原位催化形成一维纳米结构㊂裂解工艺会对催化机理产生明显影响㊂随着裂解温度的变化,催化裂解机理会发生改变㊂Yao等[47]以聚碳硅烷为先驱体,与含Fe㊁Ni杂质的SiC粉末混合,在1000~1300ħ氮气气氛中裂解㊂在1100ħ时形成了大量直线和曲线形状的纳米线,并且在纳米线顶端出现了Fe-Ni催化剂液滴球形帽(图9(a)),这是因为Fe和Ni可以在较低温度下形成低熔点共晶合金,从而降低催化温度,通过VLS机制协同催化生成纳米线㊂随着温度升高到1300ħ时,在形成的纳米线尖端已经观察不到球帽(图9(b))㊂同时,在纳米线的尖端也没有检测到Fe和Ni㊂这说明球形帽已经从纳米线的尖端蒸发,生长机理由VLS机制变为气-固(VS)机制㊂㊀随着裂解气氛的不同,催化裂解机理也会发生改变㊂Vakifahmetoglu等[24]在Ar/N2下裂解聚硅氧烷分别得到了SiC和Si3N4纳米线㊂在N2作用下,SiO和CO溶解于纳米线尖端的催化剂熔滴中,和N2发生反应被原位催化形成Si3N4纳米线,为VLS机制;而在Ar作用下,石墨碳溶解在Fe-Si熔体中,与熔体中的硅反应形成SiC纳米线,为固-液-固(SLS)机制㊂Fukushima等[44]以氧化铝泡沫作为衬底,研究Co催化裂解PMS时发现,温度㊁O2分压(来自氧化铝泡沫或盛放样品的氧化铝坩埚中的氧化物烧结助剂)和CO分压对催化生成的纳米线的成分有很大影响㊂在较低的温度和相对较高的O2分压下,在泡沫中制备得到了大量较长的Si2N2O纳米线[48-50]㊂如果O2和CO 气体浓度很低,则有利于生成Si3N4纳米线,在较高的温度和CO分压下则有利于形成SiC纳米线[51]㊂㊀第4期赵雨航等:陶瓷先驱体催化裂解研究进展1401图9㊀在1100ħ和1300ħ时形成的β-SiC纳米结构的FESEM照片[47]Fig.9㊀FESEM images ofβ-SiC nanostructures formed at1100ħand1300ħ[47]5㊀结㊀语多年来,PDCs技术在制备陶瓷及其复合材料上的优势得到充分认可,应用面越来越广㊂作为PDCs技术的重要环节,裂解方式及其对目标陶瓷的影响也得到了重点关注和深入研究㊂在陶瓷先驱体中引入过渡金属进行催化裂解,已经被证明可以明显改变目标陶瓷的组成㊁形态和结晶程度,进而深刻影响其多方面的性能㊂因此,陶瓷先驱体的催化裂解值得大力发展㊂然而,取决于丰富的陶瓷先驱体组成与分子结构㊁复杂的裂解行为㊁多样的影响因素,关于陶瓷先驱体催化裂解的研究还不够全面㊁深入,仍有许多问题需要继续研究解决㊂(1)应当加强催化裂解机理研究㊂目前看来,陶瓷先驱体种类㊁催化剂种类㊁裂解温度和升温速率㊁裂解气氛㊁样品形态等都会对催化裂解行为和效果产生显著影响,所以需要全方位㊁深层次地阐明不同催化剂在不同裂解条件下对不同先驱体的作用机理㊂(2)应当进一步丰富催化裂解的调控手段㊂目前,对于陶瓷先驱体催化裂解改性缺乏设计性,针对性不强,导致研究工作的系统性不够㊂迫切需要通过热力学计算和分子设计选择裂解催化剂种类㊁形态㊁相对先驱体的质量分数㊁混入方式等来定制PDCs的结构和功能特性㊂同时可以选择合适的生长和裂解环境,以可控的方式在陶瓷中原位合成纳米管㊁纳米线等特殊结构,来拓展陶瓷的优良吸波性㊁磁性等功能特性㊂因此后续应当基于对催化裂解机理的认识,本着简单可控㊁安全经济的原则,有针对性地开发催化剂引入方式㊁裂解条件控制方法等㊂(3)应当加强催化裂解方式的应用研究㊂着眼陶瓷纤维㊁陶瓷涂层㊁多孔陶瓷㊁陶瓷基复合材料制备与应用的实际情况和具体要求,检验催化裂解的工艺适用性和效果显著性,必要时可反向设计催化裂解工艺参数㊂参考文献[1]㊀COLOMBO P,MERA G,RIEDEL R,et al.Polymer-derived ceramics:40years of research and innovation in advanced 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陶瓷基复合材料的研究进展
陶瓷基复合材料的研究进展陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和增强相组成的复合材料。
它具有优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、汽车、能源和电子等领域。
近年来，随着工业技术的不断进步和新材料的开发，陶瓷基复合材料的研究也迎来了新的发展。
本文将介绍陶瓷基复合材料的研究进展，并着重探讨其在不同应用领域的应用前景。
陶瓷基复合材料具有优异的力学性能和耐化学腐蚀性能，特别适用于高温和腐蚀环境下的工作条件。
它可以通过改变增强相的种类和含量，以及调节烧结工艺等方法来调控材料的性能。
目前，常用于增强相的材料有碳纤维、陶瓷纤维和金属颗粒等。
这些增强相的加入可以有效地提高材料的强度、刚度和韧性，使得陶瓷基复合材料具有更广泛的应用前景。
在航空航天领域，陶瓷基复合材料被广泛应用于发动机、燃烧室和导弹等部件的制造中。
由于其出色的热稳定性和高温强度，陶瓷基复合材料可以承受高温气流的冲击和高速气流的侵蚀，从而提高了航空发动机的工作效率和可靠性。
此外，陶瓷基复合材料还可以用于航天器的重要结构件，以减轻重量、提高载荷能力，并增强其抗碎裂和抗高温气态氧化腐蚀的能力。
在汽车领域，陶瓷基复合材料被广泛应用于制动系统、发动机零部件和排气系统等。
相比于传统的金属材料，陶瓷基复合材料具有更好的耐磨损性能和抗腐蚀性能，可以大大提高制动系统的使用寿命和安全性能。
此外，陶瓷基复合材料还可以用于汽车发动机零部件的制造，如活塞环、曲轴轴承和气门等，以提高发动机的效率和可靠性。
在能源领域，陶瓷基复合材料被广泛应用于燃料电池、核能和太阳能等领域。
燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，而陶瓷基复合材料可以用于制作燃料电池的电解质膜和电极材料，以提高其电导率和稳定性。
此外，陶瓷基复合材料还可以用于核能和太阳能的应用中，例如核反应堆的结构材料和太阳能电池的光伏材料。
总结起来，陶瓷基复合材料在航空航天、汽车、能源和电子等领域具有广泛的应用前景。
随着工业技术的不断进步和新材料的开发，陶瓷基复合材料的性能和应用范围将进一步提高。
先驱体转化陶瓷基复合材料的性能及应用研究进展
先驱体转化陶瓷基复合材料的性能及应用研究进展摘要：先驱体转化法是近些年发展起来的制备陶瓷基复合材料（CMCs）的新方法。
该方法工艺简单，制备温度低，可通过先驱体分子设计制备出所需组成和结构的陶瓷基体，是一种很有前途的制备连续纤维增强陶瓷基复合材料（CFRCMCs）的工艺。
所谓先驱体陶瓷（又称前驱体）转化陶瓷是通过化学合成的方法制得可经预处理转化为陶瓷材料的聚合物，进而热处理获得传统陶瓷工艺难以获得的先进陶瓷材料。
本文综述了先驱体转化陶瓷的发展历史、制备技术的特点、制备工艺、组成结构和性能的发展变化研究现状情况。
关键词：陶瓷基复合材料；先驱体转化法；技术特点；成型工艺；发展趋势。
陶瓷材料作为一种结构材料，因其具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温和抗腐蚀等优异性能，能应用于高温和某些苛刻环境中，被认为是21世纪高温结构部件最有希望的候选材料和“最终材料的梦想”。
其作为热结构材料主要应用在航空航天发动机涡轮的热端部件、大功率内燃机的增压涡轮、固体火箭发动机燃烧室和喷管以及完全代替金属的车辆发动机。
然而，作为结构材料，单相陶瓷的韧性很低，可瞬间即发生灾难性破坏，因此必须改善单相陶瓷的韧性。
从材料的断裂机理分析，提高陶瓷韧性的主要途径是：在陶瓷材料中设置其他耗能机制或形成能阻碍裂纹扩展的机制。
引入增强相是改善陶瓷韧性的有效途径，为此材料研究者提出了陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites，CMCs）的概念。
CMCs是在陶瓷基体中通过引入第二相来提高强度和韧性的多相材料，又称多相复合陶瓷或复相陶瓷。
先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites，CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。
由于其具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的极大关注。
先驱体CSiC陶瓷基复合材料的力学性能测试与分析
学士学位论文先驱体C/SiC陶瓷基复合材料的力学性能测试与分析作者姓名：学科专业：材料成型及控制工程所在系部：机械工程学部指导老师：2011年4月分类号VDC 密级学士学位论文先驱体C/SiC陶瓷基复合材料的力学性能测试与分析the mechanical properties test and characterization of the ceramic matrix compositespioneer body C/SiC作者姓名：学科专业：材料成型及控制工程所在系部：机械工程学部指导老师：论文答辩日期答辩委员会主席年月关于学位论文使用授权说明本人了解经济学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。
作者签名：导师签名日期：年月日摘要陶瓷材料作为一种结构材料，因其具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温和抗腐蚀等优异性能，且能应用于某些高温和苛刻环境中，被誉为“面向21 世纪的新材料”，受到了越来越多的关注。
本文首先介绍了几种SiC陶瓷基复合材料，包括颗粒弥散复相SiC陶瓷基复合材料﹑纤维补强SiC陶瓷基复合材料和晶须补强SiC陶瓷基复合材料，还介绍了多种SiC陶瓷基复合材料的制备工艺，其中重点叙述了用先驱体浸渍裂解法制备C／SiC复合材料。
然后用实验的方法对先驱体C/SiC陶瓷基复合材料进行了研究，包括实验用原材料﹑实验技术路线和分析表征方法，其中的重点是力学性能的测试，通过测试和计算，得出了先驱体C/SiC陶瓷基复合材料不仅具有较高的弯曲强度和剪切强度，而且具有优异的断裂韧性和类似金属材料的断裂特征的结论。
最后分析了碳纤维热处理对碳纤维强度和C／SiC复合材料力学性能的影响，其中包括热处理对碳纤维强度的影响和碳纤维热处理对C／SiC复合材料力学性能的影响，并得出了两个结论：一，在600～1200℃温度区间，热处理温度越高，纤维强度保留率越低，当熟处理温度为1200℃时．强度保帘率降低为79 57％。
先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究
第19卷第4期V ol 119N o 14材 料 科 学 与 工 程Materials Science &Engineering总第76期Dec.2001收稿日期:2001205221;修订日期:2001206210作者简介:马青松(1975—),男,安徽合肥人,博士生,从事陶瓷基复合材料方面的研究工作.文章编号:10042793X (2001)0420110206先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究马青松,陈朝辉,郑文伟,胡海峰(国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室,湖南长沙 410073) 【摘 要】 综述了先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料在先驱体、致密化工艺、微观结构、性能等方面的国内外研究情况,最后提出了今后进一步研究的方向。
【关键词】 先驱体转化法;陶瓷基复合材料;连续纤维中图分类号:T B323 文献标识码:AR esearch and Development of Continuous 2Fiber 2R einforcedCeramic Matrix Composites F abricated byPrecursor 2I nfiltration 2PyrolysisMA Q ing 2song ,CHEN Zhao 2H ui ,ZHENG Wen 2wi ,HU H ai 2feng(K ey Lab of N ovel Ceramic Fibers &Composite Materials ,N ational U niversity of Defense T echnology ,H unan Ch angsh a 410073,China)【Abstract 】 The research and development at home and abroad of continuous 2fiber 2rein forced ceramic matrix com 2posites fabricated by precurs or 2in filtration 2pyrolysis was reviewed in this paper.The studies on precurs or ,densification pro 2cessing ,microstructure and properties were included.The development prospects were pointed out at last.【K ey w ords 】 precurs or in filtration pyrolysis ;ceramic matrix com posites ;continuous fiber1 引 言连续纤维增强陶瓷基复合材料(C ontinuous 2Fi 2br e 2Rein forced Ceramic Matrix C om posites ,简称CFRC 2MCs )不仅保留了陶瓷基体的优点,而且大幅度提高了单体陶瓷的韧性,被看作是未来先进航空发动机的首选材料[1]。
陶瓷基复合材料的研究进展及其在航空发动机上的应用
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 Compositesand Its Application on AeroengineAbstract: 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 progress1 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15~20一级发动机涡轮进口温度将达到1800~2100℃，这远远超过了发动机中高温合金材料的熔点温度。
陶瓷基复合材料的性能及应用发展
陶瓷基复合材料的性能及应用发展摘要：由于生产生活的需求，陶瓷基复合材料得到了广泛的关注，为了更好的了解这种新型材料，本文综述了陶瓷基复合材料的主要性能、应用及未来发展。
关键词：陶瓷基复合材料；性能；应用；研究发展；1. 前言陶瓷基体可以作为氮化硅、碳化硅等多种高温耐热结构陶瓷。
耐热陶瓷材料具有良好的热膨胀、热传导性能和氧化抗力，同时具有热冲击抗力、机械冲击抗力等性能。
这些优异性能主要是因为作为基体的陶瓷的化学结合更多地趋于离子键,其化学结合离子键的性能很强[1-3]。
但其致命的缺点就是脆性大，材料易断裂。
随着我国电子工业的快速稳步发展和电子宇宙线的开发,原子能合成工业的迅速兴起,电子激光合成技术、传感合成技术、光电融合技术等新一代技术的不断出现。
传统陶瓷无论在结构性能、品种和生产质量等方面都不能完全满足市场需求,因此对传统陶瓷进行了一系列的结构改变与技术创新,这便逐渐形成了陶瓷基复合材料。
为更好的将陶瓷基复合材料应用到生产生活领域，本文将对陶瓷基复合材料的性能进行总结，并对其应用和发展进行展望。
2. 陶瓷基复合材料的性能2.1 陶瓷基复合材料的物理和化学性能2.1.1热膨胀热膨胀的相容性对于复合材料性能的影响十分重要。
由于难以实现线膨胀系数的理想状态，因此通常用线膨胀系数对材料的热膨胀进行表征。
晶体具有各向异性，所以热应力极易导致多晶材料开裂。
在陶瓷基复合材料中,可以使弱界面也不发生界面脱粘的方法是增强体承压缩的残余应力。
2.1.2热传导裂纹、空洞和界面结合情况会对陶瓷基复合材料的热传导性能产生影响。
为使高速飞行器在运行过程中快速放热，避免因散热问题对飞行安全造成威胁，曾涛[4]等人设计了C/SiC陶瓷基梯度点阵热防护结构，这种结构为飞行器合理化散热提供了理论依据。
2.1.3氧化抗力导热率是高温陶瓷基复合材料氧化抗力的重要性能指标。
卢国峰[5]通过研究表明，Si–O–C界面层较高的氧化抗力可以使Si–C–N复合材料抗氧化性能得以提高。
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先驱体转化陶瓷基复合材料的性能及应用研究进展摘要：先驱体转化法是近些年发展起来的制备陶瓷基复合材料（CMCs）的新方法。
该方法工艺简单，制备温度低，可通过先驱体分子设计制备出所需组成和结构的陶瓷基体，是一种很有前途的制备连续纤维增强陶瓷基复合材料（CFRCMCs）的工艺。
所谓先驱体陶瓷（又称前驱体）转化陶瓷是通过化学合成的方法制得可经预处理转化为陶瓷材料的聚合物，进而热处理获得传统陶瓷工艺难以获得的先进陶瓷材料。
本文综述了先驱体转化陶瓷的发展历史、制备技术的特点、制备工艺、组成结构和性能的发展变化研究现状情况。
关键词：陶瓷基复合材料；先驱体转化法；技术特点；成型工艺；发展趋势。
陶瓷材料作为一种结构材料，因其具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温和抗腐蚀等优异性能，能应用于高温和某些苛刻环境中，被认为是21世纪高温结构部件最有希望的候选材料和“最终材料的梦想”。
其作为热结构材料主要应用在航空航天发动机涡轮的热端部件、大功率内燃机的增压涡轮、固体火箭发动机燃烧室和喷管以及完全代替金属的车辆发动机。
然而，作为结构材料，单相陶瓷的韧性很低，可瞬间即发生灾难性破坏，因此必须改善单相陶瓷的韧性。
从材料的断裂机理分析，提高陶瓷韧性的主要途径是：在陶瓷材料中设置其他耗能机制或形成能阻碍裂纹扩展的机制。
引入增强相是改善陶瓷韧性的有效途径，为此材料研究者提出了陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites，CMCs）的概念。
CMCs是在陶瓷基体中通过引入第二相来提高强度和韧性的多相材料，又称多相复合陶瓷或复相陶瓷。
先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites，CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。
由于其具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的极大关注。
连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用。
1. 先驱体陶瓷基复合材料的发展历史先驱体陶瓷技术在陶瓷纤维制备过程中的成功极大地推动了先驱体转化法技术的发展，以先驱体制备陶瓷材料为对象的研究主要包括陶瓷基复合材料的制备、陶瓷先驱体的合成两方面的内容。
早在1964年就有研究学者提出了无机聚合物可作为陶瓷的先驱体的概念。
先驱体陶瓷早期的开拓性研究主要由法国Verbeek和日本的Yajima等完成，Verbeek首先采用三聚甲基硅烷与甲胺反应，然后经缩合反应获得一种脆性的固态含硅碳氮树脂，纺丝、熔化、烧结后可获得无定型结构的陶瓷纤维，Yajima在前人的基础上对制备工艺进行了优化，其研究成果迅速在日本实现了产业化，该纤维具有优异的性能，拉伸强度为2.5~3.2GPa，拉伸模量为180~200GPa，耐高温达1200℃，抗酸碱腐蚀和抗高温氧化。
1992年美国Seyferth对陶瓷先驱体进行了系统深入的评述，总结了陶瓷先驱体化学的研究方向。
以道康灵公司为牵头单位开展了用聚合物浸渍/裂解（PIP）工艺制备技术研究，结果表明，陶瓷先驱体聚合物浸渍/裂解工艺是制备大型复杂CMCs构件的最有效方法。
20世纪末到21世纪初先驱体陶瓷迅速在航天领域得到了应用，如德国戴姆勒·克莱斯勒宇航（DASA）公司利用缠绕成型和PIP技术制备C f/SiC复合材料防热构件，复合材料密度1.8g/cm3，拉伸、压缩和弯曲强度分别达到了270MPa、370MPa和530MPa，表面温度可达1310~1590℃，表面没有明显的退化和质量损失现象。
2. 先驱体陶瓷基复合材料技术的特点2.1 先驱体法制备陶瓷基复合材料的技术特点先驱体转化陶瓷工艺具有传统陶瓷工艺无法比拟的众多优点，先驱体陶瓷技术涉及采用化学方法合成先驱体低聚物或聚合物，然后成型、热解得到陶瓷，因而该技术可集有机高分子和陶瓷两大材料的优点。
（1）分子的可设计性：可通过分子设计对先驱体组成、结构进行设计和优化，进而实现陶瓷纤维及其复合材料组成与结构设计。
（2）良好的工艺性：陶瓷先驱体属于有机高分子，具有高分子工艺性较好的优点，可纺成丝，可模塑成型，也可移植树脂基复合材料成熟的制备工艺和设备。
（3）可低温陶瓷化：陶瓷先驱体可在不加烧结助剂下低温（800~1200℃）实现陶瓷化，低温烧结有利于降低能耗和成本，提高陶瓷材料的高温蠕变性能。
（4）陶瓷材料的可加工性：陶瓷先驱体可作为各类增强剂的粘结剂，经成型热解后，可获得强度较好、密度低的中间产品，可实施精加工，然后通过多次浸渍和热解先驱体达到陶瓷构件的致密化。
2.2 先驱体法制备纤维增韧陶瓷基复合材料的特点20世纪70年代初，Aveston在连续纤维增韧聚合物基复合材料（FRPMCs）和纤维增韧金属基复合材料（FRMMCs）研究的基础上，提出了纤维增韧陶瓷基复合材料的概念，是提高陶瓷材料强度和韧性的最有效途径。
而对于纤维增强陶瓷基复合材料，纤维的完整性和分布状态、纤维体积分数、基体致密度和均匀性、气孔的体积分数、纤维与基体的界面结合强度等因素决定材料的最终性能，经工艺的改革与创新，先驱体浸渍/裂解转化陶瓷工艺是制备陶瓷基复合材料最有效的方法。
纤维增韧陶瓷基复合材料的主要特点是：（1）高比强度和高比模量。
为强化陶瓷基体的力学性能，所选择的纤维的比强度和比模量要比基体材料的高得多。
（2）性能的可设计性。
可以通过对相组成的选择（化学相容性）、物理性能的匹配以及制备工艺对复合材料性能进行优化设计。
（3）性能各向异性。
可通过性能设计和一定的成型工艺，制备符合实际需要的性能各项异性的材料。
（4）破坏非灾难性。
当复合材料受载产生裂纹扩展时，高强度、高模量的纤维通过多种耗能机制，如纤维的脱粘、桥接和拔出等，提高材料的韧性，防止出现脆性断裂。
3. 先驱体陶瓷基复合材料构件的成型工艺3.1 缠绕成型-裂解工艺纤维缠绕成型工艺是将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液，连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后在室温或加热条件下使之固化制成一定形状制品的方法。
该工艺制得的材料比强度高，可实现产品等强度结构，因此该工艺主要用于制备圆柱体、球体及某些正曲线回转体（球、罐等）。
先驱体陶瓷结构体也可采用纤维缠绕成型技术制备，其工艺过程是将连续或纤维布带浸渍先驱体和陶瓷粉体组成的浆料，连续地缠绕在相应的石墨芯模上，经加热使先驱体固化后得到构件生坯，然后将生坯连同石墨芯模一起在高温裂解炉中使先驱体转化为陶瓷基体，构件脱模后经多次浸渍和裂解先驱体致密化，即可获得制品。
3.2 模压成型-裂解工艺先驱体法制备陶瓷基复合材料借鉴树脂基复合材料层压模压工艺生产大尺寸异形构件，即将纤维布或者织物裁剪成所需形状，预先浸渍先驱体或在模具中与先驱体混合，加温加压使先驱体交联固化并成型，进而高温裂解使先驱体转化为陶瓷基体，再通过多次浸渍和裂解处理即可得到陶瓷基复合材料构件。
4. 陶瓷基复合材料的应用和发展趋势陶瓷基复合材料经过了实验室基础研究和工艺探索阶段，研究方向已逐渐向应用研究上转移，研究内容包括复杂形状构件的结构设计与成型加工技术、应用环境下的性能考核与评估技术。
目前CMCs的应用对象主要是飞行器热防护系统、火箭发动机燃烧室、航空涡轮发动机、超燃冲压发动机等热结构件以及石油化工等耐高温、抗腐蚀的结构件上，材料体系主要为C f/SiC和SiC /SiC。
C f/SiC复合材料昏死制作抗烧蚀表面隔热板的良好材料，目前航天器重返大气层保温材料主要是C f/SiC复合材料，利用C f/SiC复合材料代替原有金属材料能够降低50%的质量、提高系统安全性与可靠性，通过延长使用时间降低成本，同时实现耐烧蚀、隔热、承载等结构功能一体化。
使用C f/SiC复合材料制备发动机构件可以提高发动机的燃烧温度从而提高发动机的效率，同时由于C f/SiC复合材料的轻质高强，可以大大减小发动机的质量，提高工作效率。
在石油工业中，目前已成功制备燃烧器输油管、导向叶片、热交换器管、石油精炼管吊钩等产品。
除上述应用外，C f/SiC复合材料的摩擦系数高，抗磨性能好，可作为耐磨性材料；还可作高超声速火箭发动机燃烧室的发汗材料，原子能反应堆中核燃料的包装材料，装甲防弹材料和飞机驾驶员的防弹用品等。
因此，陶瓷基复合材料在众多领域有着广泛的应用前景。
5. 结论纤维增韧是解决脆性的主要途径之一，要获得性能满足要求的陶瓷基复合材料，先驱体裂解转化陶瓷工艺充分发挥了有机高分子先驱体成形优异的特点，进而热处理获得传统陶瓷工艺难以获得的先进陶瓷材料。
碳纤维增强碳化硅（Cf/SiC）复合材料它不仅应用于航空航天发动机的耐热部件、可重复使用运载器的热防护材料系统和高超音速运输推进系统等，而且在核能、高速刹车、燃气轮机热端部件、高温气体过滤和热交换器等领域有广泛的应用潜力。
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