2陶瓷基复合材料及其应用

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近年来， 临床广泛应用种植 牙修复牙齿缺失， 种植区骨 量不足成为牙种植外科面临的 常见问题。为解决这一问题， 人们研究了多种骨修复方法， 其中同种异体骨如脱矿骨等曾 在口腔外科中广泛应用， 取 得了一定的修复效果， 但有 人认为存在潜在的传播疾病的 危险。若将异体骨经高温锻烧 陶瓷化处理， 消除了传播疾 病的潜在危险， 其组成成分 完全为人体正常骨组织无机成 分， 具有良好的组织相容性， 对促进骨组织修复具有重要意 义。另外，生物活性陶瓷复合 人工骨也具有良好的临床应用 前景。
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。
现状：

发动机用高温结构陶瓷复合材料的研究与开发。
先进高温热机材料计划 (HITEMP ) 、先进涡轮技术应用计 划、美国国家宇航计划 ( NASP) 、美国国防关键技术计划 以及日本的月光计划 目前导弹、无人驾驶飞机以及其它短寿命的陶瓷涡轮发动 机正处在最后研制阶段


我国已形成具有独立知识产权的 CMC- S iC 制造技术和设 备体系 , 发展了 4 种牌号的 CMC - S iC, 并具有制备大型、 薄壁、复杂构件的能力, 多种构件通过了发动机环境的考 核, 材料性能和整体研究水平跻身国际先进行列。
陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的
领域有刀具、发动机制件、航天领域、生 物医学、以及其他领域。法国已将长纤维 增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车 的制动件 , 显示出优异的摩擦磨损特性 , 取得满意的使用效果。 C/ SiC 陶瓷基复合 材料用在刹车材料、作卫星反射镜用材料 等。
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陶瓷基复合材料的制备存在着很多问题。在高温、 高压下制备出的复合材料虽然可以保证材料的致 密性，但同时也对纤维造成一定的损伤；降低制 备温度，低压下制备复合材料，使得基体孔隙率 高，严重影响复合材料的性能。因此，发展新的 连续纤维增强复合材料的制备工艺是实现大规模 生产的当务之急，也是今后连续纤维增强复合材 料研究的主要方向，随着研究的不断深入，高性 能复合材料的不断创新，连续纤维增强复合材料 的应用将会更加广阔。
• 如玻璃纤维增 强陶瓷
• 如碳陶瓷基层 状复合材料
刀片
玻璃纤维加强陶瓷布
刹车片
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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
3、陶瓷基复合材料概述——特点
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特点： 1 强度和断裂韧性高， 2 断裂能
大时不发生突然性断裂，3高温下保持 常温性能，4康景太和动态疲劳性优异， 5强度均匀，6基体断裂应变性能好 突出特点：使用温度范围广和高温强 度高：在高温下长时间不发生蠕变， 并能在温度反复变化下保持优异的耐 冲性能。
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具有良好的耐热性和在高温 下比强度高的特性，可用来 制造飞机发动机零部件，提 高发动机性能。它还具有比 模量高、热稳定性好的特点，


而且克服了其脆性弱点， 抗
热震冲击能力显著增强。用 于航天防热结构， 可实现耐
烧蚀、隔热和结构支撑等多
功能的材料一体化设计， 大 幅度减轻系统重量， 增加运 载效率和使用寿命， 或者提 高导弹武器的射程和作战效能 。
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陶瓷基复合材料应用 于切削刀具、 阀及阀座、泵衬及挤 压模具等, 其


性能远优于硬质合金 和普通陶瓷材
料。其中应用得最普 遍的要算切削 刀具类, 它几乎占工 程 陶 瓷 产 量 的 2 /3 。


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工程机械内燃机由于长期 工作在高温高压下， 活 塞与活塞环、 缸壁间不 断产生摩擦 、 润滑条件 不充分，工作条件非常恶 劣， 尤其是在大功率的 发动机中， 普通的铸铁 或铝合金活塞易燃易发生 变形， 疲劳热裂。用陶 瓷基复合材料制造的活塞， 高温强度和抗热疲劳性能 明显提高，并且具有较低 的线胀系数，提高了活塞 的工作稳定性和使用寿命， 具有广阔的应用前景。

陶瓷基复合材料强韧化的途径有：颗粒弥散、纤维（晶须）补强
增韧、层状复合增韧。
2、陶瓷基复合材料概述——分类
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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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
功能陶瓷基复合材料 • 具有各种特殊性能， 如压电陶瓷。
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颗粒增强体
纤维增强体
片状增强体
• 如氧化锆增韧 陶瓷复合材料
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、直接氧化成型法
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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
热 压 烧 结 法
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陶瓷晶体的键合类型只要是离子键和共价 键。与金属相比，可活动的滑移系的多， 因此陶瓷材料的断裂应变、断裂韧性很低。 陶瓷结构中院子的排列决定它缺乏像金属 那样的塑性变形能力。加入纤维复合后提 高了韧性，包括：基体预压应力增韧、裂 纹扩展受阻、纤维拔出、裂纹偏转、相变 增韧、纤维 /基体界面解离、纤维桥连增韧、 微裂纹增韧


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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。

陶瓷基复合材料指：为获得单相陶瓷材料所不具备的性能的人工 制造的两相（基团和增强体）材料。
陶瓷基复合材料及其应用
复材1302
组长：李昱 组员：王博生 高磊 张艺璇 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
• 陶瓷基复合材料的应用 • 陶瓷基复合材料的发展前景
三
四
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