碳纤维陶瓷基复合材料-文档资料
碳纤维陶瓷基复合材料
2005年由中南大学黄伯云院士等研制成功的碳 纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料飞机刹车片结束了 国家技术发明一等奖连续六年空缺的历史
2、热保护系统的应用
根据碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料耐 热、耐高温、密度低的特点可以用来制造防 热体系。
热结构材料的构件：航天飞机和导弹的鼻 锥、导翼，机翼和盖板等
碳纤维增强碳Βιβλιοθήκη 硅陶瓷基复合材料生物复合材料
根据增强体形态的不同
根据基体材料的不同
颗 粒 增 强 型
纤 维 增 强 型
编 织 结 构 增 强
型
高 分 子 基
金 属 基
陶 瓷 基
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐 高温和低密度而被广泛用于高温等某些苛刻的环境 中，尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特 殊部位具有很大的魅力。
3、高温连接件的应用
主要应用于连接固定热的外表面和航 空框架结构中制冷的衬垫，及用作密封装置。 已经被制成螺钉和其他连接件。
4、光学和光机械结构中的应用
已经用于制造超轻反射镜、微波屏蔽反射 镜等光学结构部件及光学系统中的结构材料 及反射镜支撑体系，如反射镜底座。
此外碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料还 用于高速飞行器和高速汽车、火车上的刹车 系统。超高音速飞行器中，在原子能反应堆 中可用做核燃料的包封材料，还可用作火箭 尾喷管的喷嘴及飞机驾驶员防弹用品等领域。
2011年8月20~21日第二届NRC北方赛道 嘉年华的活动中，有一个全新的刹车品牌 Rotora出现在北京金港赛道上。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料综合了碳纤维 优异的高温性能和碳化硅基体高抗氧化性能，受到 了世界各国的高度关注，并广泛应用在航空、航天、 光学系统、交通工具等领域。
碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的性能与微结构
（ａ） Ⅰ 型 复 合 材 料
图 ３ 为 经 历 一 个 浸 渍 、裂 解 周 期 的 碳 纤 维 增 强 陶 瓷复合材料截面的 Ｘ射线能谱元素线扫描。可以看 出，在碳纤维表面的 Ｓｉ含量要比纤维内部高，这反映 了 在 材 料 制 备 过 程 中 元 素 的 扩 散 过 程 ，由 于 只 经 过 一 个周期，扩散程度 不 深。 可 见，此 时 基 体 中 硅 元 素 与 碳纤维的反应可能并非是造成纤维损伤的最主要因 素。
复合工艺密切相关。
表 １ 复 合 材 料 力 学 性 能
Ｔａｂ．１ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
复合材料
密度／ｇ·ｃｍ－３ 弯曲强度／ＭＰａ 弹性模量／ＧＰａ
Ⅰ型
２．５
８１．７
８２．３
Ⅱ型
４．６
２０１
２５４
２．２ 材 料 复 合 过 程 中 碳 纤 维 、基 体 及 其 界 面 特 征 ２．２．１ 前 驱 体 浸 渍 复 合 材 料 微 观 结 构 特 征
１．２ 复 合 工 艺 复 合 材 料 的 制 备 采 用 液 相 浸 渍 工 艺 进 行 复 合 ，对
上述的增强体进 行 多 次 浸 渍／裂 解 循 环，最 终 使 材 料 密度达到设定范围，浸 渍 裂 解 后 经 １ ８００℃ 以 上 高 温 处理。
１．３ 分 析 与 表 征 密度采用质量体积法进行测试。室温弯曲性能
Ⅰ型复合材 料 第 一 次 裂 解 后 的 微 观 形 貌 如 图 ２ 所 示 。 可 清 楚 地 看 到 ，前 驱 体 裂 解 生 成 基 体 过 程 中 产 生较大的体积变化，在 基 体 之 间 及 纤 维、基 体 间 存 在 较大孔隙，这是由于 有 机 物 在 裂 解 中 挥 发 所 造 成 的。 从 图 中 亦 可 发 现 ，在 碳 纤 维 周 围 存 在 大 小 不 一 的 若 干 裂纹，有的裂纹垂直 于 碳 纤 维 轴 向，有 的 则 是 沿 纤 维 轴向的长裂纹，部分 基 体 渗 入 到 纤 维 内 部，致 使 纤 维 表面也存在不同类 型 的 裂 纹 及 缺 陷，缺 陷 的 存 在，将 会对材料在受力过程中的裂纹扩展途径产生较大影 响 。 从 图 可 看 出 ，在 碳 纤 维 与 基 体 的 某 些 界 面 处 两 者 是剥离开的，并且纤 维 表 面 反 应 的 痕 迹 较 少，界 面 结 合强度并不强。这是由于只经历一个浸渍裂解周期， 纤 维 — 基 体 的 界 面 化 学 反 应 和 扩 散 反 应 很 少 ，并 且 径 向线胀系数差异造成界面倾向于分开。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
碳纤维增强陶瓷基复合材料摘要：碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有密度低、高强度、高韧性和耐高温等综合性能已得到世界各国高度重视，本文将对有关碳纤维增强碳化硅陶瓷的有关信息简单介绍。
关键词：陶瓷基复合材料，碳纤维增强。
1.引言碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度而被广泛用于高温和某些苛刻的环境中,尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位具有很大的潜力。
但是,陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力,在断裂过程中除了产生新的断裂表面吸收表面能以外,几乎没有其它吸收能量的机制,这就严重限制了其作为结构材料的应用。
碳纤维具有比强度高、比模量大、高温力学性能和热性能良好等优点,在惰性气氛中2000℃时仍能保持强度基本不下降。
用碳纤维增强碳化硅复合材料,材料在断裂的过程中通过纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转等增韧机制来消耗能量,使材料表现为非脆性断裂。
Cf/SiC复合材料综合了碳纤维优异的高温性能和碳化硅基体高抗氧化性能,受到了世界各国的高度关注,并广泛应用在航空、航天、光学系统、交通工具等领域。
2. 碳纤维材料简介2.1碳纤维简介碳纤维是有机纤维或沥青基材料经谈话和石墨处理后形成的含碳量在85%以上的碳素纤维，是20世纪50年代为满足航空航天等尖端领域的需要而发展起来的一种特种纤维。
目前，碳纤维的生产原料分为三大体系：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维。
其中聚丙烯腈基碳纤维由于原料资源丰富，含碳量高及碳化率高，成本低，正在被重视。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。
因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。
碳纤维增韧陶瓷基复合材料的研究进展
耐磨损、抗氧化和机械性能良好的优点，还具有抗热震、抗烧蚀、抗疲劳和抗蠕变等特性，在空天飞行器的热防护系统、航空发动机、火箭发动机、高性能制动以及先进核能等高温热结构部件上具有良好的应用前景。
本文介绍了该复合材料在碳纤维、陶瓷基体、复合材料制备方法及应用等方面的研究进展，以便更好地了解目前该研究领域在国内外的研究热点。
陶瓷基体；复合材料；制备方法1前言随着航空航天技术的不断发展，高超声速飞行器已经成为各军事强国倾力开发的重要突防手段。
高超声速飞行器是指飞行速度在5倍声速以上，即马赫数大于5的空天飞行器。
与传统的飞行器相比，高超声速飞行器可有效地减少防御响应时间，提高飞行器自身生存的能力，具有机动性能好、突防和反防御能力强、可以实现远程精确打击等特性[1]。
但是，随着飞行器飞行速度的不断提高，以及受飞行环境复杂多变等条件的影响，高超声速飞行器在进行高超声速飞行时会产生强烈的气动加热，使得飞行器表面某些部位的温度高达2000℃。
由于飞行器所面临的服役环境越来越恶劣，飞行器热防护系统对于飞行器的安全作用也就越来越重要。
所以，探索应用在高温环境下的热防护材料，对高超声速飞行器的发展具有重要意义。
目前，常用的耐高温材料有难熔金属及其合金、改性的抗烧蚀Cf/C 复合材料、超高温陶瓷及其复合材料等。
其中，碳纤维增韧陶瓷基复合材料因其高温强度高、韧性好以及耐腐蚀性能好等优点，成为目前最有发展前景的耐高温材料之一，在国防和航空航天等领域具有广阔的应用前景[2、4]。
2碳纤维的发展及应用苏纯兰1,周长灵2,徐鸿照2,杨芳红2,姜凯2,刘福田1（1.济南大学材料科学与工程学院，济南250022；2.山东工业陶瓷研究设计院有限公司，淄博255031）(1993～),女,山东济南,硕士研究生。
碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，是含碳量在90%以上的无机高性能纤维[5]。
碳纤维的力学性能优异，其抗拉强度是钢的4~5倍，比强度是钢的10倍，密度是钢的1/4。
碳纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料的制备及性能
维增 强 Ｓ ｉ Ｂ Ｃ Ｎ 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 ３ ３ ４ ＭＰ ａ ， ８ ０ ０ ＂ Ｃ ／ 氩 气条件 下 弯曲 强度 ３ ６ ７ ＭＰ ａ 。该复合 材料 未经抗 氧化 防护 处理情 况下 ， ８ ０ ０ ￣ Ｃ静 态 空 气 中氧化 ３ ｈ后 ， 强度 保 留率 约为 ６ ０ ％。 关键 词 聚硼硅 氮烷 ， 前驱体 浸 渍裂 解技 术 ， 陶瓷基 复合 材料
王 秀军 ＇ 张 宗波 曾 凡
李永明
徐 彩 虹
（ １ 中 国科 学 院化 学 研 究 所 ， 北 京 １ ０ ０ １ ９ ０ ）
（ ２ 中国科 学院研究生院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
文
摘 以 自制 的 聚硼硅 氮烷 （ Ｐ — Ｓ ｉ Ｂ Ｃ Ｎ） 为基体 聚合 物 利 用前驱 体浸 渍 裂解技 术 （ Ｐ Ｉ Ｐ ） 制 备 了二 维碳 纤
ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ８ ＰＩ Ｐ— ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｉ ｔ ｓ ｌｅ ｆ ｘ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｓ ｏ ｆ ３ ３ ４ ＭＰａ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ ｍ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ， ａ ｎ ｄ ｉ ｎ — ｓ ｉ ｔ ｕ ｌｅ ｆ ｘ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ３ ６ ７ ＭＰａ ａ ｔ ８ ００￣ Ｃ ｉ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｒ ｇ ａ ｓ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐｈ ｅ ｒ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｒ ｅ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ ｉ ｔ ｓ ６ ０％
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
缺点：①致密周期较长，制品的孔隙率较高，对材料蠕变性能有一定影响；②基体密度在裂解前后相 差很大，致使基体的体积收缩很大(可达50～70％)，因此需要多次循环才能达到致密化。
优点：基体软化温度较低，可使热压温度接近或 低于陶瓷软化温度。适用于制备单层或叠层构件， 致密度较高且缺陷少。
缺点：SiC陶瓷基体的烧结温度一般在1800℃以 上（添加加烧结助剂，常见的有TiB2、TiC、B、 BN等）。
4、液相硅浸渍法(LSI)
液相硅浸渍法是通过Si+C反应烧结生成，也称反应熔体浸渗法主要工艺流程如下： 纯固体硅于1700℃左右熔融成液态硅，通过C／C复合材料中大量分布的气孔，利用 毛细作用原理渗透到预制体内部并与C发生反应生成SiC陶瓷基体。 优点：工艺时间短，成本低。同时还可以制备大尺寸、复杂的薄壁结构组件。 缺点：制备Cf／SiC复合材料时，由于熔融Si与基体C发生反应的过程中，不可避免 地会与碳纤维发生反应，纤维被浸蚀导致复合材料性能下降。（只能制得一维或二维 的Cf／SiC复合材料，应用前景不大）
改善：均热法、热梯度法、等温强制流动等工艺
2、先驱体转化法(PIP)
先驱体转化法(PIP)是近年来发展迅速的一种制备Cf／SiC复合材料的制备工艺，由于成型工艺简单、 制备温度较低等特点而受到关注。该方法是利用有机先驱体在高温下裂解进而转化为无机陶瓷基体。 基本流程为：将含Si的有机聚合物先驱体(如聚碳硅烷、聚甲基硅烷等)溶液或熔融体浸渍到碳纤维预 制体中，干燥固化后在惰性气体保护下高温裂解，得到SiC陶瓷基体，并通过多次浸渍裂解处理后可获 得致密度较高的Cf／SiC复合材料。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料【精选】
裂解工艺：针对常压裂解的不足,开展了对热压裂解和气压裂解 的研究。热压可以显著降低气孔率,提高基体致密度 ,用热压法已制 备出性能较高的单向Cf / SiC 。
添加填料:理论分析表明,不可能直接通过先驱体裂解制备无收 缩陶瓷材料,添加填料则可以。填料分为惰性和活性两种。常见的惰 性填料有SiC、Si3N4 等。而且添加活性填料是降低气孔率和收缩 率的有效办法。
目前, 碳纤维表面改性处理主要有表面氧化处理、表面涂层处 理、表面生长晶须等方法。在研究的诸多碳纤维表面处理方法中,
空气氧化法简单, 耗时少, 但操作弹性小, 氧化反应不易控制; 液相氧 化法主要是采用硝酸、酸性重铬酸钾、次氯酸钠等强氧化性液体, 对碳纤维表面进行处理, 处理比较温和, 不过耗时较长; 电化学氧化 法简单易操作, 处理条件温和并易于控制, 处理效果明显。表面涂层
处理是对碳纤维表面沉积一层无定形碳来提高其界面粘结性能, 多
采用气相沉积技术, 操作较复杂, 周期长。
纤维增韧陶瓷基复合材料的性能取决于各组分的性能、比例以 及纤维结构。复合材料的显微结构在很大程度上取决于复合材料的 制备工艺。目前, Cf /S iC复合材料的主要制备方法有: 热压烧结法、 先驱体转化法、化学气相渗透法、反应熔体浸渗法和一些改进的综 合工艺。
碳纤维与基体间存在一系列界面问题: 如界面润湿性差, 化学、 物理相容性差等, 极大地影响着复合材料的力学性能, 且碳纤维未经 表面处理前, 其活性比表面积小(一般小于1 m2 /g ), 表面能低, 表面 呈现出憎液性, 限制了碳纤维高性能的发挥。为了提高碳纤维的表 面化学活性, 增强碳纤维表面与基体的结合能力, 进而提高复合材料 的性能, 对碳纤维进行表面处理是很有必要的。
热压烧结法：让纤维通过一个含有超细基体陶瓷粉末的料浆容 器使之浸渍, 然后将浸挂料浆的纤维缠绕在卷筒上, 烘干、切断, 得 到纤维无纬布, 将无纬布按所需规格剪裁, 层叠在一起, 最后热模压 成型和热压烧结后制得复合材料。
碳陶复合材料
碳陶复合材料
碳陶复合材料是一种新型的复合材料，由碳纤维和陶瓷基体组成。
碳纤维具有
高强度和高模量的特点，而陶瓷基体具有优异的耐磨性和耐高温性能，两者结合后形成的碳陶复合材料具有优异的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶建造、体育器材等领域。
首先，碳陶复合材料具有优异的力学性能。
碳纤维的高强度和高模量使得碳陶
复合材料具有很高的强度和刚度，能够承受较大的载荷而不易发生变形和破坏。
同时，陶瓷基体的高硬度和耐磨性使得碳陶复合材料具有良好的耐磨性能，适合用于制造高速运动部件和耐磨零部件。
其次，碳陶复合材料具有优异的耐高温性能。
碳纤维的耐高温性能使得碳陶复
合材料能够在高温环境下工作，不易软化和熔化。
这使得碳陶复合材料成为航空航天领域的理想材料，能够用于制造发动机零部件、导弹外壳等高温工作环境下的部件。
另外，碳陶复合材料还具有良好的耐腐蚀性能。
由于碳纤维和陶瓷基体都具有
较好的化学稳定性，碳陶复合材料能够在恶劣的化学环境下工作，不易发生腐蚀和氧化，因此在化工领域也有着广泛的应用前景。
总的来说，碳陶复合材料具有优异的综合性能，能够满足各种工程领域对材料
的要求。
随着科技的不断进步，碳陶复合材料的制备工艺和性能将得到进一步提升，相信其在未来会有更广泛的应用前景。
碳纤维增强陶瓷基复合材料
碳纤维增强陶瓷基复合材料
碳纤维增强陶瓷基复合材料是一种具有优异性能的复合材料，结合了碳纤维和
陶瓷的优点，具有高强度、高刚度、高耐热性和耐磨性等特点，因此在航空航天、汽车制造、工程建设等领域得到广泛应用。
组成
碳纤维增强陶瓷基复合材料主要由碳纤维和陶瓷基体组成。
碳纤维作为增强材料，具有优异的机械性能，可以增加复合材料的强度和刚度；陶瓷基体作为基体材料，具有良好的耐热性和耐腐蚀性，可以提高复合材料的耐高温和耐磨性能。
特点
1.高强度和高刚度：碳纤维增强陶瓷基复合材料具有很高的拉伸强度
和模量，能够承受较大的载荷；
2.耐热性：陶瓷基体具有优良的耐高温性能，适用于高温环境下的使
用；
3.耐腐蚀性：陶瓷基体对酸碱等腐蚀介质具有较好的稳定性；
4.耐磨性：碳纤维的高强度和陶瓷的硬度结合，使复合材料具有较好
的耐磨性。
应用领域
碳纤维增强陶瓷基复合材料在航空航天、汽车制造、工程建设等领域得到广泛
应用。
在航空航天领域，碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造飞机结构件和燃气涡轮引擎零部件，以提高飞机的性能和降低重量；在汽车制造领域，碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造车身结构件和制动系统，以提高汽车的安全性和燃油效率；在工程建设领域，碳纤维增强陶瓷基复合材料被用于制造建筑结构件和桥梁构件，以提高建筑物的抗震性和耐久性。
综上所述，碳纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，将
在未来得到更广泛的应用和推广。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
图3 293 K 和673 K 时准静态压缩后断口 SEM 照片
03
Cf/SiC复合材料的界面
定义：Cf/SiC复合材料界面位于碳纤维与SiC陶瓷 基体结合处，作为纤维与基体间传递载荷的过渡区， 是Cf/SiC复合材料的一个重要组成部分, 其组织结 构、力学性能和失效规律都直接影响着复合材料整 体的力学性能, 所以界面特性的研究对Cf/SiC复合 材料力学性能的影响具有重要意义。
界面结合强度一方面应强到足以传递轴向载荷并具有高的横向强度;另一方面要弱到 足以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出, 才能达到复合材料作为热结 构材料使用的要求。
界面结合强度
Байду номын сангаас
化学结合 即互扩散结合, 在Cf/SiC复合材料的制备过 程中, 其界面反应主要是Si原子向纤维内部 的扩散, 这种扩散使得SiC基体与纤维结合 很强, 并且对纤维本体造成很大的损伤。若 要改善Cf/Si C复合材料的界面, 可通过在碳 纤维表面制备氧化涂层来实现。例如, 纤维 表面涂覆氮化硼 (BN) 、富碳SiC、SiC、硼 (B) 等涂层, 均有较好的效果, 纤维表面涂层 能够阻止或尽可能减少碳纤维与SiC基体间 的化学反应, 减轻对纤维本身的损伤, 因此 能大大提高Cf/SiC复合材料的力学性能。
碳纤维增强碳化硅基复合材料
LOREM IPSUM DOLOR SIT AMET CONSECTETUR
01 02 03 04 05
01
碳纤维增强体 SiC陶瓷基体
制备工艺
增强体碳纤维
基体SiC
SiC的分解温度为2600°C, 密度为3.17g/cm3。SiC陶瓷不仅 常温力学性能 (包括抗弯强度、硬度、耐腐蚀性、抗磨损性) 高, 而且高温力学性能 (强度、抗氧化性、抗蠕变性等) 是已 知陶瓷材料中最优的。热压烧结、无压烧结的Si C陶瓷, 其 高温强度在1600℃高温下仍保持不变。SiC陶瓷热膨胀系数 和摩擦系数低, 导电和导热性能优良, 缺点是脆性大。用碳 纤维来增强SiC陶瓷基体, 使材料在断裂过程中通过裂纹偏 转、纤维拔出和纤维断裂等机理吸收能量, 既增强了材料的 强度和韧性, 又保持了SiC陶瓷良好的高温性能, 是获得高性 能高温结构复合材料的极好方法。
陶瓷基复合材料资料
其他影响因素
• 气孔率：气孔率越大，韧性越差； • 增强材料的强度、刚度及含量：增强物的强度和刚度、含量越高，
CMC的性能越好； • 增强材料与基体的热膨胀系数的匹配：匹配性越好，CMC的性能好； • 纤维的损伤程度：成型时纤维损伤程度越低，CMC的性能越好。
3.44 0
473 247 19.3 3.7 4.62
2.7 30 454 188 4770 15.6 2.51
纤维与基体的结合强度的影响
• 纤维与基体的结合强度过大将使CMC的韧性降低，若其结合强度过 低，将使材料的强度降低。
纤维排布的影响
• 无规则排列短纤维增强CMC的拉伸和弯曲性能有时低于基体材料， 这是因为无规则排列纤维的应力集中的影响和热膨胀不匹配造成的， 将短纤维定向可以提高该方向的性能；
• 烧结方法：常压烧结工艺和反应烧结。
纳米CMC的成型工艺
纳米CMC（亦称纳米复相陶瓷）可分为三类 • 在陶瓷基体的晶粒内弥散纳米粒子第二相 • 在陶瓷基体晶粒间弥散纳米粒子第二相； • 纳米粒子同时弥散在陶瓷基体的晶粒内和晶界上。 • 工艺流程：
制粉 混合 制坯 烧结
陶瓷基复合材料的应用
• CMC的使用温度：主要取决于基体特性，其工作温度按下 列基体材料依次提高： 玻璃 玻璃陶瓷 氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷 其最高使用温度可达1900℃。
• 主要应用领域：刀具、滑动器件、航空航天构件、发动机 构件、能源构件等。
应用例
• 制动件：法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于 制作 超高速列 车的制动件，取得了传统 制动件所 无法比拟的优异的磨擦磨损特性；
• 航空航天领域：CMC制作的导弹的头锥、火箭的喷管、航天飞机的 结构件等也都收到了满意的效果；
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
1。化学 气相渗透 法(CVI)
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化学气相渗透法(CVI)是在化学气相沉积(CVD)的基础上开发的。 主要制备流程为：先将碳纤维预制体置于密闭的反应室内，在高 温下采用蒸气渗透法，将反应气体渗入到预制体内部或表面产生 化学反应，生成陶瓷基体。对于Cf／SiC复合材料的CVI制备工艺 常以三氯甲基硅烷(MTS)、四甲基硅烷(TMS)等反应气体为原料， H2为载气，Ar为稀释气体，高温下抽真空在碳纤维预制体上沉积 SiC陶瓷基体。
改善：均热法、热梯度法、等温强制流动等工艺
2、先驱体转化法(PIP)
先驱体转化法(PIP)是近年来发展迅速的一种制备Cf／SiC复合材料的制备工艺，由于成型工艺简单、 制备温度较低等特点而受到关注。该方法是利用有机先驱体在高温下裂解进而转化为无机陶瓷基体。 基本流程为：将含Si的有机聚合物先驱体(如聚碳硅烷、聚甲基硅烷等)溶液或熔融体浸渍到碳纤维预 制体中，干燥固化后在惰性气体保护下高温裂解，得到SiC陶瓷基体，并通过多次浸渍裂解处理后可获 得致密度较高的Cf／SiC复合材料。
强化理论研究，在理论上确定纤维与基体之间的最佳界面结合强度，从而使材料的强度和韧性都达到最 佳值，因此应重视多种增强、增韧机制的协同作用；
对Cf／SiC复合材料在高温氧化环境中的氧化行为及机理进行深入的研究，以提高其抗氧化性能； 应重视推动Cf／SiC复合材料向结构、功能一体化方向发展，最大程度地挖掘出Cf／SiC复合材料的应
6.展望
现有的制备工艺成本高、生产周期长，需要发展更好制备工艺来降低生产成本，因此，如何开发出新工 艺方法或优化现有工艺方法以缩短制备周期，降低生产成本是Cf／SiC复合材料制备过程中研究的重 点；
目前，碳纤维预制体的编织技术落后成为制约Cf／SiC复合材料发展的一大难点，今后应重视发展碳纤 维预制体的理论设计，优化Cf／SiC复合材料制备工艺；
碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的研究进展(精)
碳纤维、PAN基碳纤维和沥青基碳纤维。粘胶基碳纤维由于产率低、性能差、成本高等原因己逐步被淘汰，目前主要集中在PAN基和沥青基两种。PAN基碳纤维主要是高强度型，沥青基碳纤维主要是高模量型，还有高强和高模兼具的碳纤维。
目前碳纤维的开发朝两个方面发展：一是高性能化，通过设计更合理的微观结构和更先进的处理工艺来提高纤维的力学性能，外观上则表现为纤维直径减小、纤维束丝数增加，日本东丽公司的TX1 9.实验室的碳纤维抗拉强度已经达到3GPa；二是低成本化，由于碳纤维生产成本高，价格昂贵，在很多领域的应用受到限制，美FORTAFIL公司开发了Fortafil系列纤维，在保
PIP Si工艺是通过将的有机高聚物溶液或熔融体浸渍碳纤维预制件，干燥固化后在惰性气氛
保护下高温裂解，得到SiC SiC基体。的聚合物先驱体有：聚碳硅烷（PCS）、聚甲基硅烷
[1-3]
（PMS）、聚烯丙羟基碳硅烷（AHPCS）等。由于有机聚合物在转变为无机陶瓷的过程中要失去小分子，体积收缩，因此需要循环多次才能致密化，一般反复浸渍-
文献标识码：A
文章编号：1007-9815（2003）02-0015-06
前 言
在航空航天工业和能源工业等领域，随着新型发动机的研制和新概念航天运载器的发展，对高温结构材料提出了更高的要求。如航空发动机
的热效率主要取决于涡轮前的进口温度，当发动机的推重比为10 1 650时，涡轮前进口温度达℃，在这样高的温度下，传统的高温合金材料已经无法满足要求，材料研究者把目光转向了陶瓷材料，高温结构陶瓷成பைடு நூலகம்了研究的热点。
碳纤维增强ＳｉＣ陶瓷复合材料的研究进展
邹世钦，张长瑞，周新贵，曹英斌
（国防科技大学410073航天与材料工程学院国防科技重点实验室，湖南长沙）
碳纤维增韧陶瓷基复合材料
碳纤维增韧陶瓷基复合材料
过去几十年中，由于高速平台的发展和对关键火箭部件（如喷嘴 和前缘）更大的抗烧蚀性的需求，人们对用于航空航天应用的温 度要求远远超过2000°C的先进材料的兴趣增加。材料的正确选择、 部件的优化设计和适当的加工路线是获得能承受这些极端条件的 材料的关键步骤。由于碳纤维复合材料具有强度高、重量轻等优 点，因此在实际应用中，其抗氧化性和抗烧蚀性都需要大幅度提 高，而通过超高温陶瓷（UHTCs）粉体的引入，人们对其进行了广 泛的研究。
影响因素：界面类型
从图可以看出，与未涂覆的复合材料相比，有大量 长度高达50μm的纤维拔出，这对能量吸收非常有 利。在PyC涂层的保护下，碳纤维保持其原始的完 整和光滑结构
[7] Damage mechanism analysis to the carbon fiber and fiber-ceramic interface tailoring of Cf/ZrC-SiC using PyC coating[J] Ceramics International,2018,44(15),19038-19043
法进行致密化处理，所以，对于利用其它方法制备的制件，可 利用CVI工艺进行进一步的致密化处理； 允许制件形状复杂、不规则； 沉积基体的纯度高，微结构容易控制。
先驱体转化法（PIP）
聚合物浸渍裂解工艺（PIP）是 20 世纪 70 年代至 80 年代发展起来的 制备陶瓷基复合材料的新工艺和新技术。
Cf/ZrC-SiC材料在空气环境中，600℃之前由于碳纤维发生 轻微氧化，所以导致了大约1.0wt%的失重；随着温度升高， 材料中的ZrC及SiC基体开始氧化，所以材料在600℃以上一 直表现增重，但在1000℃以上氧化增重速度减缓。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括对碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备工艺过程的简要介绍，以及该复合材料的特点和应用前景。
概述部分内容示例：碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料是一种具有优异性能和广泛应用前景的复合材料。
本文旨在介绍碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程。
首先，我们将对该复合材料的特点进行探讨。
其次，我们将详细介绍该复合材料层合板制备的工艺过程，包括材料准备、层压、热处理等环节。
最后，通过总结与展望，我们将对该工艺的优势和潜在应用领域进行分析和展望。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有轻质、高温抗氧化性、高强度、良好的耐腐蚀性能等诸多优点。
由于其独特的材料组成和结构特性，该复合材料在航空航天、能源领域以及汽车制造等领域都有着广泛的应用前景。
其中，碳纤维的加入使复合材料具有出色的强度和刚度，碳化硅陶瓷基材料的特点则赋予了这种复合材料优异的高温稳定性和耐腐蚀性。
因此，碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程成为研究的热点和关注的焦点。
通过本文的研究，我们将详细介绍碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板的制备工艺过程，包括原材料的选择和预处理、复合材料的层压工艺和热处理等关键环节。
这些工艺过程在实际应用中起着至关重要的作用，并对最终材料的性能和品质产生重要影响。
通过深入研究和实验验证，我们将全面探讨这些工艺过程的优化方法和技术要点，以期能为碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板的制备工艺提供有价值的参考和研究基础。
总之，本文旨在通过对碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程进行探索和研究，以期为该复合材料的制备工艺提供可行性和技术支持。
通过深入理解该复合材料的特点和工艺过程，我们可以为其应用领域的拓展和进一步研究提供参考和依据。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：本文主要包括引言、正文和结论三个部分。
碳纤维增强陶瓷基复合材料
题目：碳纤维增强陶瓷基复合材料抗氧化研究学生：学号：院（系）：材料科学与工程学院专业：无机非金属材料工程指导教师：2013 年 05月22日碳纤维增强陶瓷基复合材料抗氧化研究（陝西科技大学 710021）摘要：碳纤维增强陶瓷基复合材料( CFRCMCs) 具有良好的高温力学性能和热性能，是航空航天领域非常理想的热结构材料．但CFRCMCs 中的碳纤维极易发生氧化，因此CFRCMCs 的氧化防护问题一直是CFRCMCs 研究的热点。
文章对碳纤维改性、基体抗氧化技术、界面层抗氧化技术和表面涂层技术这四种CFRCMCs 的抗氧化技术及其原理进行了评述，分析了各类抗氧化技术的特点并对其发展趋势进行了展望．关键词:碳纤维; 陶瓷基复合材料;抗氧化涂层,氧化保护1 前言碳纤维增强陶瓷基复合材料（ＣＦＲＣＭＣｓ）由于具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐高温、低密度等优良特性，特别是拥有良好的高温力学性能和热性能，在惰性环境中超过2 000e仍能保持强度、模量等力学性能不降低,拥有良好的断裂韧性和耐磨性能、低线膨胀系数、高热导率、高气化温度和良好的抗热震性能【1】，成为航空航天领域非常理想的热结构材料。
但是，在氧化气氛下，碳纤维增强陶瓷基复合材料中碳质材料在４００℃左右发生氧化，使其优异性能难以在高温下长时间保持。
而碳纤维增强陶瓷基复合材料的许多应用环境都是具有氧化气氛的。
因此，它们在氧化气氛中的表现（包括氧化失重、机械性能的持久性等）及氧化气氛中的氧化保护一直是科研工作者非常关注的问题【2】。
碳纤维增强陶瓷基复合材料的抗氧化性研究主要集中在两个方面:(1)通过对基体材料的处理来增强材料的抗氧化性能,如殷小玮等通过在基体孔隙中渗入融熔Si和Cr反应生成Cr3Si来增强抗氧化性能;bruqu re等通过在碳纤维表层形成B化合物膜层来增强材料抗氧化性能;(2)通过整体抗氧化涂层增强材料的抗氧化性能。
在两种处理方式中,整体抗氧化涂层更为有效。
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了世界各国的高度关注，并广泛应用在航空、航天、 光学系统、交通工具等领域。
应用现状
1、航空燃气涡轮发动机的应用
由于碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料高强度、 良好的抗氧化能力和抗热震性，现在经常用它做高 温结构材料。
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2011年8月20~21日第二届NRC北方赛道 嘉年华的活动中，有一个全新的刹车品牌 Rotora出现在北京金港赛道上。
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谢谢！
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3、高温连接件的应用
主要应用于连接固定热的外表面和航 空框架结构中制冷的衬垫，及用作密封装置。 已经被制成螺钉和其他连接件。
4、光学和光机械结构中的应用
已经用于制造超轻反射镜、微波屏蔽反射 镜等7 光学结构部件及光学系统中的结构材料 及反射镜支撑体系，如反射镜底座。
此外碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料还 用于高速飞行器和高速汽车、火车上的刹车 系统。超高音速飞行器中，在原子能反应堆 中可用做核燃料的包封材料，还可用作火箭 尾喷管的喷嘴及飞机驾驶员防弹用品等领域。
主要是应用在涡轮发动机的消耗管道、涡轮泵旋 转体、喷管等
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2005年由中南大学黄伯云院士等研制成功的碳 纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料飞机刹车片结束了 国家技术发明一等奖连续六年空缺的历史
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2、热保护系统的应用
根据碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料耐 热、耐高温、密度低的特点可以用来制造防 热体系。
热结构材料的构件：航天飞机和导弹的鼻 锥、导翼，机翼和盖板等
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合 材料
1
生物复合材料
根据增强体形态的不同
根据基体材料的不同
颗
纤
粒2 增
维 增
强
强
型
型
编 织 结 构 增 强
型
瓷基复合材料
碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐 高温和低密度而被广泛用于高温等某些苛刻的环境 中，尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特 殊部位具有很大的魅力。