玄武岩纤维陶瓷复合材料的研究进展

玄武岩纤维陶瓷复合材料的研究进展

许维伟

【摘要】在土木工程领域中，玄武岩陶瓷复合材料不仅具有相对较高的强度和弹性模量外，还具有耐高温、耐腐蚀等特点，其抗酸碱、抗辐射、绝热性、隔音性能也非常的显著，这些有益的性能可以适用于各种复杂环境下，不仅如此，其性价比也很高。但是，玄武岩纤维的制备与应用发展到今天，还有很多方面需要我们去探索，所进行的科学研究也并不够深入，产品的性能也不够稳定，不可预知的情况较多，与土木工程相关方面的研究则更少，积累的工程经验还不足，需要更多地关注。%In the field of civil engineering, basalt ceramic composites not only have a relatively high strength and modulus of elasticity, but also have a high temperature, corrosion resistance and other characteristics. Its anti-acid, anti-radiation, ther-mal insulation, sound insulation performance is also very signifi-cant, these beneficial properties can be applied to a variety of complex environments, not only that, the cost is also very little. However, the preparation and application of basalt fiber develop-ment to today, there are many aspects that we need to explore. Research also did not go far enough, and the performance of the product is also not stable enough. There are many unforeseen cir-cumstances during researching, the relevant aspects of civil engi-neering research are even fewer, less than the accumulation of engineering experience, need our more attention.【期刊名称】《四川建材》

【年(卷),期】2015(000)001

【总页数】3页(P28-29,32)

【关键词】玄武岩纤维;复合材料;现状

【作者】许维伟

【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232000

【正文语种】中文

【中图分类】TQ343+.4

近年来，我国的航空航天事业取得了突飞猛进的发展。“嫦娥”奔月、“神七”升空，更大规模的载人航天计划正在紧张进行之中。航天科技的发展对航天材料的性能提出了更高的要求，减重、隔热、高强是未来航天材料的发展目标。连续纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites，简称CFRCMC)具有隔热性能好、比强度高等优点，被美国国防部称为未来20年

之内最有潜力的功能结构材料之一，在航空航天领域具有很强的应用潜力［1－3］。

20世纪80年代以来，世界各国尤其是美国、法国、德国、日本等国对CFRCMC

的制备工艺和性能进行了大量的研究，取得了许多重要的成果。目前研究的CFRCMC主要有:SiC/SiC、Nicalon/SiC、SiC/SiO2、C/SiC等，其中最受重视的是C/SiC。CFRCMC的制备技术已基本成熟，主要有CVI法和PIP法。

目前国内外关于CFRCMC的力学性能研究大致可以分为:宏观力学性能研究、细观力学模型研究以及纤维类型对复合材料的性能影响研究等。文献［8］在室温和高温下开展了两种不同密度的2D C/SiC复合材料和准三维针刺C/ SiC复合材料的

动静态压缩实验。结果表明无论是室温还是高温环境下，上述三种复合材料均具有应变率效应，且高温应变率效应更为敏感。高温时两种密度的2D C/SiC复合材料

的破坏强度在相同温度下都随应变率的增加而增加;在相同应变率下，高密度试样的强度随着温度的升高而下降，低密度试样的强度在低应变率下随温度的升高而下降，在高应变率下随温度的升高而增加。文献［9］表明Nicalon增强SiNC陶瓷基复合材料的冲击破坏形式会随温度的提高而改变。文献［10］模拟了航空发动机环境中复杂热物理化学因素与复杂应力因素藕合条件下连续纤维增强SiC陶瓷基复合的性能演变及失效律。文献［11］开展了针对C/SiC、2D C/SiC、2.5D、3D C/SiC的力学性能研究，发现荷载方向有效纤维率(ECFL)对复合材料的性能影响很大。

我国在CFRCMC方面研究比较落后，但近年来在制备技术和应用研究方面取得了重大进展［12］。跨大气层航天飞行器高温防热系统的C/SiC头锥帽和机翼前缘已经装机试飞成功，标志着我国CFRCMC的研究在高温大面积防热领域取得了重大突破。

连续玄武岩纤维(Continuous Basalt Fiber简称CBF)是我国“863”计划重点支持的一种新兴的增强纤维，其技术性能指标如表1所示。

由表1知，CBF与其他陶瓷增强纤维相比，具有高强度、耐高温、变形能力强的优点，因而是一种理想的陶瓷增强增韧纤维。另外，CBF还是我国具有自主知识产权、价格低廉的绿色纤维［6－7］。

纤维增强陶瓷基复合材料是未来结构/功能一体化构件的主要功能材料，耐高温冲击性能是该材料非常重要的性能之一。

连续玄武岩纤维(CBF)是一种高科技新型的无机纤维。它的主要原料是纯天然玄武岩矿石，经过1 450～1 500℃的高温熔融，再采用拉丝漏板经过拉制而成。目前CBF的生产技术主要有火焰炉法和全电熔炉法，而全电熔炉法是中国独立创新的CBF生产工艺。CBF的优点如下:

1)天然的绿色纤维:CBF的生产原料主要来自于火山的喷出岩，其天然生成，无任