陶瓷基复合材料2017
陶瓷基复合材料
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5. 4 短纤维＼晶须及颗粒增韧增强陶瓷基复合材料
图7-18给出了C纤维增
韧玻璃陶瓷复合材料中 短纤维的分布示意图。 另外，在制备过程中也
可使短纤维实现定向排
列，如采用流延成型法
可使纤维实现取向排列。
1.纤维、颗粒弥散增强陶瓷基复合材料
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图7-31示出SiCw／
ZrO2 复合材料的显
微组织，由于是采用
热压方法制备，所以
晶须的排列有一定的
择优取向。
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5. 4 短纤维＼晶须及颗粒增韧增强陶瓷基复合材料
图7-19为复合材料断裂功与
碳纤维体积分数之间的关系。 可以看出：在适当的纤维体 积分数时，复合材料的断裂 功有显著提高；并且当纤维
取向排布时，可在高纤维体
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5. 4 短纤维＼晶须及颗粒增韧增强陶瓷基复合材料
3.颗粒增韧陶瓷基复合材料 图7-24是SiCP／Si2N4复合材料的性能与SiCP体积分数的
1.纤维、颗粒弥散增强陶瓷基复合材料
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(1）长纤维增韧陶瓷基复合材料
（1）纤维定向排布而具有明显的各向异
性 （2）纤维排布纵向上的性能显著高于横 向； （3）在实际构件中主要使用其纤维排布 方向上的性能； （4）长纤维复合材料的制备要解决纤维 表面与基体的润湿问题。 （5）必要时纤维表面要进行处理以提高 界面结合质量，同时还必须考虑力学 相容性及热失配问题。
瓷复合材料；不连续纤维增强的复合材料包括晶须、
晶片和颗粒的第二组元增强体和自身增强体，如 SiN4 中等轴晶的基体中分布一些晶须状 -SiN4 晶粒可起到 增强效果。
陶瓷基复合材料[精选合集]
![陶瓷基复合材料[精选合集]](https://img.taocdn.com/s3/m/15d55105492fb4daa58da0116c175f0e7cd119e7.png)
陶瓷基复合材料[精选合集]第一篇：陶瓷基复合材料碳/碳化硅陶瓷基复合材料一、简介陶瓷基复合材料(Ceramic matr ix composite ,CMC)是在陶瓷基体中引入第二相材料, 使之增强、增韧的多相材料, 又称为多相复合陶瓷(Multiphase composite ceramic)或复相陶瓷(Diphase ceramic)。
陶瓷基复合材料是20 世纪80 年代逐渐发展起来的新型陶瓷材料, 包括纤维(或晶须)增韧(或增强)陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。
其因具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、热导率低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、强度高、硬度大及介电、透波等特点,在有机材料基和金属材料基不能满足性能要求的工况下可以得到广泛应用, 成为理想的高温结构材料。
报道,陶瓷基复合材料正是人们预计在21 世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构的首选材料。
鉴于此, 许多国家都在积极开展陶瓷基复合材料的研究, 大大拓宽了其应用领域, 并相继研究出各种制备新技术。
其中,C/SiC 陶瓷基复合材料是其中一个非常重要的体系。
C/SiC 陶瓷基复合材料主要有两种类型, 即碳纤维/碳化硅(Cf /SiC)和碳颗粒/碳化硅(Cp/SiC)陶瓷基复合材料。
Cf /SiC 陶瓷基复合材料是利用Cf 来增强增韧SiC 陶瓷, 从而改善陶瓷的脆性, 实现高温结构材料所必需的性能, 如抗氧化、耐高温、耐腐蚀等;Cp/SiC 陶瓷基复合材料是利用Cp 来降低SiC 陶瓷的硬度, 实现结构陶瓷的可加工性能,同时具有良好的抗氧化性、耐腐蚀、自润滑等。
本文主要综述了Cf /SiC 陶瓷基复合材料的制备及应用研究现状,并且从结构和功能一体化的角度, 提出了采用软机械力化学法制备Cp 与SiC 复合粉体, 通过无压烧结得到强度、抗氧化性、耐腐蚀等性能以满足普通民用工业用的Cp/SiC 陶瓷基复合材料的制备技术及应用前景。
第7章陶瓷基复合材料
利用t-ZrO2m-ZrO2的马氏体相变，可以用来增韧陶瓷材料，即 氧化锆增韧陶瓷材料（ZTC）。
ZrO2陶瓷的特点是呈弱酸性或惰性，导热系数小（在100~1000℃ 范围内，导热系数=1.7~2.0W/(mK)，其推荐使用温度为2000~2200℃， 主要用于耐火坩埚、炉子和反应堆的绝热材料、金属表面的热障涂层等。
20~40 － －
5、碳化硅陶瓷（SiC, Silicon Carbide）
以SiC为主要成分的陶瓷材料。
碳化硅（SiC）变体很多，但作为陶瓷材料的主要有两种晶体结构， 一种是-SiC，属六方晶系；一种是-SiC，属立方晶系，具有半导体特 性。多数碳化硅陶瓷是以-SiC为主晶相。
1、氧化铝陶瓷（Al2O3, alumina）
以氧化铝为主成分的陶瓷材料。氧化铝含量越高，性能越好。按 氧化铝含量可分为75瓷、85瓷、95瓷、99瓷和高纯氧化铝瓷等。
主晶相为-Al2O3，属六方晶系，体积密度为3.9 g/cm3左右，熔点 达2050℃。
氧化铝有多种变体，其中主要有、型。除-Al2O3外，其它均 为不稳定晶型。-Al2O3为低温型，具有FCC结构，在950~1200℃范围 内可转化为-Al2O3，体积收缩约13%。在氧化铝陶瓷制备过程中， 一般先将原料预烧， 使-Al2O3转化为-Al2O3。
基复合材料
❖ 晶片补强增韧陶瓷基复合材料——包括人工晶片和天然片状
材料
❖ 长纤维补强增韧陶瓷基复合材料 ❖ 叠层式陶瓷基复合材料——包括层状复合材料和梯度陶瓷基复
合材料。
陶瓷基复合材料类型汇总表
陶瓷基复合材料（CMC）
陶瓷基复合材料（CMC）第四节陶瓷基复合材料（CMC）1.1概述⼯程中陶瓷以特种陶瓷应⽤为主，特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度⾼以及耐腐蚀件好等特点，已⼴泛⽤于制做剪⼑、⽹球拍及⼯业上的切削⼑具、耐磨件、发动机部件、热交换器、轴承等。
陶瓷最⼤的缺点是脆性⼤、抗热震性能差。
与⾦属基和聚合物基复合材料有有所不同的，是制备陶瓷基复合材料的主要⽬的之⼀就是提⾼陶瓷的韧性。
特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了⼤量的断裂能量，使韧性得以⼤幅度提⾼。
表6—1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺⼨⼤⼩的⽐较。
很明显连续纤维的增韧效果最佳，其次为品须、相变增韧和颗粒增韧。
⽆论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较⼤提⾼，⽽且也使临界裂纹尺⼨增⼤。
陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是⼀种包括范围很⼴的材料，属于⽆机化合物纳构远⽐⾦属与合⾦复杂得多。
使⽤最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐⾼温、耐腐蚀、⾼强度、重量轻和价格低等优点。
陶瓷材料中的化学键往注是介于离⼦键与共价键之间的混合键。
陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。
从⼏何尺⼨上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。
碳纤维是⽤来制造陶瓷基复合材料最常⽤的纤维之⼀。
碳纤维主要⽤在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件，在1500霓的温度下，碳纤维仍能保持其性能不变，但对碳纤维必须进⾏有效的保护以防⽌它在空⽓中或氧化性⽓氛中被腐蚀，只有这样才能充分发挥它的优良性能。
其它常⽤纤维是玻璃纤维和硼纤维。
陶瓷材料中另⼀种增强体为晶须。
晶须为具有⼀定长径⽐(直径o 3。
1ym，长30—lMy”)的⼩单晶体。
从结构上看，晶须的特点是没有微裂纹、位偌、孔洞和表⾯损伤等⼀类缺陷，⽽这些缺陷正是⼤块晶体中⼤量存在且促使强度下降的主要原因。
在某些情况下，晶须的拉伸强度可达o．1Z(Z为杨⽒模量)，这已⾮常接近⼗理论上的理想拉伸强度o．2Z。
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和增强相组成的新型材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温、耐磨损、耐腐蚀性能，因此在航空航天、汽车制造、机械制造等领域有着广泛的应用。
本文将从材料特性、制备工艺、应用领域等方面对陶瓷基复合材料进行介绍。
首先，陶瓷基复合材料的材料特性是其具有的重要特点之一。
陶瓷基复合材料具有高温强度高、热震稳定性好、耐磨损、耐腐蚀等优异性能。
这些特性使得陶瓷基复合材料在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下能够发挥出色的性能，因此在航空航天领域得到了广泛的应用。
其次，陶瓷基复合材料的制备工艺是影响其性能的重要因素之一。
陶瓷基复合材料的制备工艺包括原料的选择、配比、成型、烧结等多个环节。
其中，原料的选择和配比直接影响着复合材料的成分和性能，而成型和烧结工艺则决定了复合材料的内部结构和组织。
因此，制备工艺的优化对于提高陶瓷基复合材料的性能具有重要意义。
最后，陶瓷基复合材料在航空航天、汽车制造、机械制造等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，陶瓷基复合材料被用于制造发动机涡轮叶片、导向器、复合材料轴承等部件，以提高其耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能。
在汽车制造领域，陶瓷基复合材料被用于制造发动机零部件、刹车盘、离合器等，以提高汽车的性能和安全性。
在机械制造领域，陶瓷基复合材料被用于制造轴承、密封件、刀具等，以提高机械设备的使用寿命和性能。
总之，陶瓷基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，陶瓷基复合材料将在更多领域得到应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
《陶瓷基复合材料》课件
陶瓷基复合材料结合了陶瓷和其他材料的优点，具有出色的力学、热学和电 学性能，是一种重要的先进材料。
什么是陶瓷基复合材料？
定义
陶瓷基复合材料是将陶瓷作为基质，与其他材料（如金属、聚合物等）混合制成的材料。
ห้องสมุดไป่ตู้特点
具有高硬度、高强度、耐高温、抗腐蚀等优良性能，可满足各种工业领域的需求。
陶瓷基复合材料的制备方法
结论
陶瓷基复合材料的优点
高强度、高硬度、耐高温、 抗腐蚀等特点使其成为各行 业重要的材料选择。
为何有利于工业发展
在提升产品性能和降低成本 方面具有巨大潜力，能推动 产业升级。
未来应如何发展？
加强技术研究、推动产学研 合作，不断创新和提升陶瓷 基复合材料的性能和应用范 围。
电子行业
用于集成电路、芯片封装等电子器件，提供优异的 绝缘和散热性能。
其他领域
如能源、化工、医疗等领域都有广泛的应用。
陶瓷基复合材料的发展前景
1
技术难点及解决方法
面临制备工艺、材料选择等方面的挑战，需要深入研究和创新技术。
2
未来发展趋势
预计在新能源、高端装备制造等领域有更广泛的应用，为工业发展带来新机遇。
热性能
耐高温性能出众，可 在高温环境下保持稳 定。
电性能
具备优异的绝缘性和 导电性能，适用于各 种电子器件。
其他性能
如耐腐蚀性、低摩擦 系数等特殊性能，广 泛应用于特定领域。
陶瓷基复合材料的应用
航空航天领域
用于制造发动机叶片、航天器外壳等关键部件，提 供高温和高强度的支撑。
汽车工业
应用于制动系统、排气系统等部件，提高汽车的性 能和耐久性。
1 热压法
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他添加剂组成的复合材料。
其综合性能优异，因此在航空航天、电子器件、能源领域等多个领域得到广泛应用。
本文将介绍陶瓷基复合材料的制备方法、性能及应用，并对其未来发展进行展望。
一、制备方法陶瓷基复合材料的制备方法多种多样，主要包括烧结法、溶胶-凝胶法、机械合金化法等。
首先，烧结法是最常用的制备陶瓷基复合材料的方法之一。
该方法将陶瓷粉末与其他添加剂混合，并通过高温下的烧结过程将其烧结成坚固的材料。
这种方法制备的复合材料具有较高的结晶度和致密性。
其次，溶胶-凝胶法是一种制备陶瓷基复合材料的新方法。
该方法通过将金属盐、有机物等混合，形成胶体溶胶，然后通过热处理使其成为凝胶，并进一步高温热处理得到致密材料。
这种方法制备的复合材料具有较高的纯度和均匀性。
最后，机械合金化法是一种通过粉末冶金技术制备陶瓷基复合材料的方法。
该方法将陶瓷颗粒与添加剂一起经过球磨、混合等机械处理，使其均匀分散，并通过热处理得到复合材料。
这种方法制备的复合材料具有较高的强度和断裂韧性。
二、性能陶瓷基复合材料具有一系列优异的性能，主要包括高温稳定性、硬度高、抗腐蚀性好等。
首先，陶瓷基复合材料具有较好的高温稳定性。
由于陶瓷基复合材料的陶瓷基体具有较高的熔点和热稳定性，因此能够在高温环境下保持较好的性能，不易发生烧结变形等问题。
其次，陶瓷基复合材料具有较高的硬度。
陶瓷基体的硬度往往比金属基体或聚合物基体要高，因此陶瓷基复合材料在硬度方面具有优势。
这使得该材料在需要高硬度的应用中表现出色，如切割工具、磨料等领域。
再次，陶瓷基复合材料具有良好的抗腐蚀性。
由于陶瓷基体的本身特性，该材料在酸碱等腐蚀性环境中有很好的稳定性，不易受到腐蚀侵蚀。
这使得陶瓷基复合材料在化工、生物医药等领域得到广泛应用。
三、应用陶瓷基复合材料在很多领域都有广泛的应用。
下面将介绍几个典型的应用领域。
首先，陶瓷基复合材料在航空航天领域具有重要应用。
陶瓷基复合材料 ppt课件
PPT课件
1
回顾一下：
陶瓷致命缺点：
脆性
改善韧性的有效手段：
向陶瓷材料中加入起增韧作用的第二相
增韧机制：
靠纤维（晶须）的拔出、裂纹的桥连与转向机 制对强度和韧性的提高产生作用。
PPT课件
2
10.3 陶瓷基复合材料的种类及基本性能
10.3.1 纤维增强陶瓷基复合材料
纤维增强陶瓷材料是常见的重要手段！！ 按纤维排布方式的不同，可将其分为
裂纹垂直于纤维方向扩展示意图 PPT课件
5
当外加应力进一步提高时，由于基体与纤维间
的界面离解，同时又由于纤维的强度高于基体的强
度，从而使纤维从基体中拔出。 当拔出的长度达到某一临界值时，会使纤维发 生断裂。
裂纹垂直于纤维方向扩展示意图 PPT课件
6
因此，裂纹的扩展必须克服纤维的拔出功和
纤维断裂功，结果就是使得材料的断裂变得更为
困难，从而起到了增韧的作用。
单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维排列方向 上的轴向性能较为优越，而其横向性能显著低于 纵向性能，所以只适用于单轴应力的场合。
PPT课件
7
二、多向排布纤维增韧复合材料
而许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向上 均具有优良的性能，这就要进一步的制备多向排 布纤维增韧陶瓷基复合材料。
莫来石+ Si3;SiCw
452
551~580
4.4
5.4~6.7
很明显，由ZrO2+SiCw与莫来石制得的复合材料要比 单独用SiCw与莫来石制得的复合材料的性能好得多。
PPT课件 32
10.4 陶瓷基复合材料的制备
陶瓷基复合材料的制造分为两个步骤：
第一步是将增强材料掺入未固结(或粉末状)的基
《陶瓷基复合材 》课件
后处理
对烧成后的陶瓷复合材料进行 表面处理、切割、研磨等加工 ，以满足不同需求。
制备工艺的影响因素
原料的纯度和粒度
烧成温度和时间
气氛环境
添加剂的作用
原料的纯度和粒度对陶瓷基复 合材料的性能有着重要影响。 高纯度和细粒度的原料可以获 得更好的材料性能。
烧成温度和时间是制备工艺中 的关键因素，它们决定了陶瓷 基复合材料的结构和性能。
陶瓷基复合材料具有低膨胀系数和优良的 电绝缘性能，可用于电子元件的封装和连 接等领域。
02
陶瓷基复合材料的制备工艺
制备工艺的种类
热压烧结法
将陶瓷粉末在高温和压力下烧结成致密块体 的方法。
无压烧结法
在无外加压力的条件下，利用烧结助剂促进 陶瓷粉末烧结的方法。
熔融浸渗法
将熔融的金属或玻璃浸渗到多孔陶瓷基体中 ，形成复合材料的方法。
陶瓷基复合材料的应用领域
航空航天领域
汽车工业
陶瓷基复合材料具有轻质、高强、耐高温 等优点，广泛应用于航空航天器的热防护 系统、发动机部件等领域。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能和 化学稳定性，可用于汽车发动机部件、排 气管等领域。
能源领域
电子工业
陶瓷基复合材料具有良好的隔热性能和耐 腐蚀性能，可用于高温燃气轮机、核反应 堆等能源设备的制造。
化学气相沉积法
利用化学反应，将气体中的元素在陶瓷表面 沉积成固体，形成复合材料的方法。
制备工艺的流程
混合
将称量好的原料和添加剂进行 混合，使其成为致密的陶 瓷复合材料。
配料
根据配方要求，将各种原料和 添加剂进行精确称量。
成型
将混合好的原料放入模具中， 进行压制成型。
低热膨胀系数
陶瓷基复合材料PPT课件
面临的挑战
高成本
陶瓷基复合材料的制备工 艺复杂，导致其成本较高， 限制了大规模应用。
性能稳定性
陶瓷基复合材料在复杂环 境下性能稳定性不足，易 受温度、湿度等外部因素 影响。
生产效率
目前陶瓷基复合材料的生 产效率相对较低，影响了 其推广和应用。
未来展望
降低成本
通过技术创新和规模化生产，降低陶瓷基复合材 料的成本，提高其市场竞争力。
制备工艺的优化
熔融浸渗法
压力辅助成型法
通过优化熔融浸渗工艺参数，如温度、 压力和时间，提高陶瓷基复合材料的 致密化程度和力学性能。
通过调整压力辅助成型的压力、温度 和时间等参数，提高复合材料的密度 和力学性能。
化学气相沉积法
优化化学气相沉积工艺参数，如反应 温度、气体流量和沉积时间，以获得 均匀、致密的陶瓷基复合材料。
04
陶瓷基复合材料的性能优化
增强相的选择与优化
增强相种类
选择合适的增强相是提高陶瓷基 复合材料性能的关键，常用的增 强相包括碳纤维、玻璃纤维、晶
须等。
增强相分散与分布
优化增强相在基体中的分散和分布， 确保其均匀分布，以提高复合材料 的整体性能。
增强相表面处理
通过表面处理技术改善增强相与基 体之间的界面结合力，提高复合材 料的力学性能。
陶瓷基复合材料的性能优化主要通过 添加增强相、调整基体组成和工艺参 数实现。
陶瓷基复合材料在高温、高强度、抗 氧化等极端环境下的应用前景广阔， 但需要解决其可靠性、寿命和成本等 问题。
对未来研究的建议
01
02
03
04
深入研究陶瓷基复合材料的微 观结构和性能之间的关系，为 材料设计和优化提供理论支持
《陶瓷基复合材》课件
2
陶瓷基复合材料的问题及挑战
陶瓷基复合材料在制备过程中存在工艺复杂、成本高等问题，需要进一步解决和 改进。
结论
陶瓷基复合材料的综合性能评价
综合考虑陶瓷基复合材料的力学性能、热学性能、耐久性等方面，可以评价其综合性能水平。
陶瓷基复合材料的发展前景
陶瓷基复合材料在高科技领域有着广阔的应用前景，将为科学技术的发展提供重要支持。
参考文献
1. 文献1 2. 文献2 3. 文献3
陶瓷基复合材料的组成包括陶瓷基体和增强材料，其结构形式可以是颗粒增强、 纤维增强等。
性能测试
1 陶瓷基复合材料的力学性能测试
力学性能测试包括强度、硬度、韧性等方面的评估，以确保陶瓷基复合材料的可靠性和 耐久性。
2 陶瓷基复合材料的热学性能测试
热学性能测试包括热导率、热膨胀系数等方面的评估，以确保陶瓷基复合材料在高温环 境下的稳定性。
应用案例
陶瓷基复合材料在航天领域的应用
陶瓷基复合材料在航天器结构、导航系统和热保护 层等方面发挥重要作用。
陶瓷基复合材料在医疗领域的应用
陶瓷基复合材料应用于仿生器官、骨修复、人工关 节等方面，为医疗技术的发展带来新的突破。
进一步研究
1
陶瓷基复合材料的未来发展趋势
随着科学技术的不断进步，陶瓷基复合材料将会在性能、制备技术等方面取得更 大突破。
陶瓷基复合材 PPT课件
研究陶瓷基复合材料是为了探索新型材料的结构与性能，本PPT课件将介绍陶 瓷基复合材料的概述、制备方法、性能测试、应用案例、未来发展趋势以及 参考文献。Leabharlann 概述什么是陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他增强物质组成的复合材料，具有优异的力学和热学 性能。
陶瓷基复合材料简介
陶瓷基复合材料简介小伙伴们！今天咱来聊聊陶瓷基复合材料这玩意儿哈。
一、啥是陶瓷基复合材料呀。
陶瓷基复合材料呢，简单来说，就是以陶瓷为基体，然后加入一些其他的材料，像纤维啊、颗粒啊之类的，把它们组合在一起形成的一种新型材料。
就好比是给陶瓷找了几个“小伙伴”，大家一起发挥各自的优势，让材料的性能变得更厉害。
比如说，普通的陶瓷可能比较脆，容易碎，但是加了这些“小伙伴”之后，它的韧性就会好很多，不容易那么轻易就坏掉啦。
二、陶瓷基复合材料都有哪些优点呢。
这可就多啦！首先它的耐高温性能那是相当出色的。
想象一下，在那种超级高温的环境下，很多材料可能早就扛不住，变形或者融化了，但是陶瓷基复合材料却能稳稳地待在那儿，继续发挥作用。
就像在航空发动机里面，温度超高的，这时候陶瓷基复合材料就能大显身手，让发动机更稳定、更高效地工作。
它的硬度也很高哦。
就好比是给材料穿上了一层坚硬的“铠甲”，不容易被划伤或者磨损。
在一些需要耐磨的地方，比如机械加工的刀具啊，用陶瓷基复合材料做的刀具就会更耐用，加工的精度也会更高。
还有哦，它的化学稳定性也很好。
不管是遇到酸啊、碱啊，还是其他一些腐蚀性的东西，它都能保持自己的“本色”，不容易被腐蚀掉。
这在化工领域可是非常受欢迎的，很多化工设备用了陶瓷基复合材料，就能延长使用寿命，减少维修的麻烦啦。
三、陶瓷基复合材料是怎么制作出来的呢。
制作方法还挺多样的哈。
有一种叫热压烧结法，就是把陶瓷粉末和那些添加的材料混合好之后，放在一个模具里，然后施加一定的压力和温度，让它们紧紧地结合在一起。
这就像是把一堆“小零件”通过加热和挤压，让它们变成一个坚固的整体。
还有一种是化学气相沉积法。
这个方法就有点神奇啦，它是通过化学反应，让一些气体在陶瓷基体的表面沉积形成一层新的材料。
就好像是给陶瓷基体穿上了一层“衣服”，让它的性能得到提升。
四、陶瓷基复合材料都用在哪些地方呀。
它的应用领域那可是相当广泛的。
在航空航天领域，刚才咱也提到了，像发动机的叶片、燃烧室这些地方，都离不开陶瓷基复合材料。
复合材料学(第七章 陶瓷基复合材料)
并导致性能的下降。为了克服这一弱点，可 采用颗粒来代替晶须制成复合材料，这种复 合材料在原料的混合均匀化及烧结致密化方 面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。
当所用的颗粒为SiC，TiC时，基体材料 采用最多的是A12O3，Si3N4。目前，这些复 合材料已广泛用来制造刀具。
陶瓷材料中另一种增强体为晶须。晶须 为 具 有 一 定 长 径 比 ( 直 径 0.3-lμm ， 长 30100μm)的小单晶体。从结构上看，晶须的特 点是没有微裂纹、位错、孔洞和表面损伤等 一类缺陷，而这些缺陷正是大块晶体中大量 存在且促使强度下降的主要原因。在某些情 况下，晶须的拉伸强度可达0.1E(E为杨氏模 量)，这已非常接近于理论上的理想拉伸强度
0.2E。而相比之下，多晶的金属纤维和块状
金属的拉伸强度只有0.02E和0.001E。
自发现百余种不同材料构成的晶须以来， 人们对其已给予了特别的关注。因为它们具 有最佳的热性能、低密度和高杨氏模量。
在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是 SiC，Al2O3及Si3N4晶须。
陶瓷材料中的另一种增强体为颗粒。从
2．陶瓷复合材料的增强体
陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为 增韧体。从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤 维)、晶须和颗粒三类，下面分别加以介绍。
碳纤维是用来制造陶瓷基复合材料最常 用的纤维之一。碳纤维可用多种方法进行生 产，工业上主要采用有机母体的热氧化和石 墨化。其生产过程包括三个主要阶段，第一 阶段在空气中于200℃-400℃进行低温氧化， 第二阶段是在惰性气体中在1000℃左右进行 碳化处理，第三阶段则是在惰性气体中于 2000℃以上的温度作石墨化处理。
陶瓷基复合材料的制备与性能研究
陶瓷基复合材料的制备与性能研究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，具有优异的物理、化学和力学性能。
本文将探讨陶瓷基复合材料的制备方法及其性能研究。
一、制备方法陶瓷基复合材料的制备方法多样，其中常见的方法包括熔融法、粉末冶金法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法等。
熔融法是制备陶瓷基复合材料的传统方法之一。
通过将陶瓷和增强相的原料混合后加热熔融，再经过凝固和固化，最终得到所需的复合材料。
粉末冶金法是常用的制备方法之一。
首先将陶瓷和增强相的粉末混合均匀，然后通过压制、烧结和热处理等工艺步骤，使粉末颗粒结合成致密的块状材料。
溶胶-凝胶法是一种制备高性能陶瓷基复合材料的新方法。
该方法首先通过溶胶制备得到陶瓷基体的前驱体，然后通过凝胶处理和热处理等步骤得到所需的复合材料。
化学气相沉积法是一种制备陶瓷基复合材料的高温气相法。
该方法通过将气相中的金属有机化合物和气相中的陶瓷前驱体反应，使陶瓷基体得到沉积，再通过后续处理使其形成复合材料。
二、性能研究陶瓷基复合材料的性能研究主要包括物理性能、力学性能和化学性能等方面。
物理性能是指材料的密度、热膨胀系数、导热性能等方面的性能。
研究表明，陶瓷基复合材料具有较低的密度和较高的硬度，同时具有较好的热膨胀系数和导热性能。
力学性能是指材料的强度、韧性、硬度、断裂韧性等方面的性能。
由于陶瓷本身具有脆性，在复合材料中往往需要添加增强相来改善其力学性能。
增强相的加入可以提高材料的强度和韧性，从而增加材料的使用寿命。
化学性能是指材料在不同化学环境下的稳定性和耐腐蚀性。
陶瓷基复合材料具有优异的化学稳定性和耐腐蚀性，可应用于一些特殊的化学环境中。
此外，陶瓷基复合材料的电学性能和磁学性能也是研究的重点之一。
陶瓷基复合材料在电子器件、电磁材料等领域具有广泛的应用前景。
总结陶瓷基复合材料的制备与性能研究是材料科学领域的热点研究方向。
通过不同的制备方法，可得到具有优异性能的陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他增强材料组成的复合材料。
它具有优异的耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘性能和较高的强度和硬度，因此在航空航天、汽车、机械等领域有着广泛的应用前景。
首先，陶瓷基复合材料的制备方法有多种，包括热压法、热等静压法、注射成型法等。
其中，热压法是一种常用的制备方法，通过将陶瓷粉末和增强材料粉末混合后，经过模具成型，再进行高温高压烧结而成。
这种方法制备的陶瓷基复合材料具有较高的密度和强度，适用于要求较高性能的领域。
其次，陶瓷基复合材料的增强材料多样，常见的有碳纤维、硅碳化物、氧化锆等。
这些增强材料能够有效提高陶瓷基复合材料的强度和韧性，使其具有更广泛的应用前景。
同时，通过合理选择和设计增强材料的类型和比例，可以使陶瓷基复合材料具有更优异的性能。
另外，陶瓷基复合材料的应用领域广泛，例如在航空航天领域，可以用于制造发动机零部件、导弹外壳等高温、高压、高速工作的零部件；在汽车领域，可以用于制造发动机缸套、刹车盘等耐磨损、耐腐蚀的零部件；在机械领域，可以用于制造轴承、刀具等需要耐磨损、耐高温的零部件。
最后，陶瓷基复合材料在实际应用中还面临着一些挑战，如制备工艺复杂、成本较高、易受到裂纹和断裂等。
因此，需要进一步研究和改进制备工艺，提高制备效率和降低成本，同时加强对陶瓷基复合材料的性能评价和监测，以确保其在各个领域的可靠应用。
综上所述，陶瓷基复合材料具有广阔的应用前景和发展空间，通过不断的研究和创新，相信它将在未来的材料领域发挥越来越重要的作用。
《陶瓷基体复合材料》课件
溶胶-凝胶法
总结词
通过溶胶-凝胶转变过程制备陶瓷材料的方法。
详细描述
溶胶-凝胶法是一种制备陶瓷材料的方法。它通过将前 驱体溶液（通常为金属醇盐或无机盐）与适当的溶剂 混合，形成均匀的溶胶，然后经过凝胶化过程形成凝 胶。在凝胶化过程中，前驱体分子间的相互作用导致 形成三维网络结构，最终经过干燥和热处理得到所需 的陶瓷材料。溶胶-凝胶法可以制备出高纯度、高均匀 性的陶瓷材料，但需要严格控制制备过程中的温度、 浓度等参数。
除污染物和杂质。
催化剂载体
陶瓷基体复合材料可作为催化剂 载体，用于废气处理和工业废水 处理等领域，能够有效降低污染
物排放和提高处理效率。
热能回收
陶瓷基体复合材料具有高热导率 和耐高温性能，可用于制造高效 热能回收装置，将工业余热转化 为可利用的能源，实现能源的循
环利用。
05
CATALOGUE
陶瓷基体复合材料的研究展望
界面优化
改善陶瓷基体与增强相之 间的界面结合强度，提高 复合材料的整体性能。
工艺参数优化
通过调整制备工艺参数， 如温度、压力、时间等， 优化陶瓷基体复合材料的 组织结构和性能。
应用领域的拓展
航空航天领域
利用陶瓷基体复合材料的高温性能和轻量化特点，拓展其在航空 航天领域的应用。
能源领域
利用陶瓷基体复合材料的优异热稳定性和耐腐蚀性，拓展其在能 源领域的应用，如燃气轮机、核反应堆等。
能源
用于制造燃气轮机叶片、核反 应堆的屏蔽层等。
化工
用于制造耐腐蚀、高温的管道 、反应器等。
陶瓷基体复合材料的发展历程
20世纪40年代
玻璃纤维增强陶瓷基复合材料的出现，主要 用于航空航天领域。
20世纪70年代
复合材料第六章陶瓷基复合材料-陶瓷基体材料课件
晶 相： 硅酸盐、氧化物、非氧化物等， 是材料基本组成部分，其性质 决定着该材料的性能。
玻璃相： 非晶低熔点固体 (多为硅酸盐结构)，主要作用是： a) 填充气孔和空隙 b) 将分散的晶相粘接起来而降低烧结温度 c) 抑制晶粒长大
16
气孔：一般存在于晶体内部或晶体与玻璃相之间，是 裂纹的 根源，导致强度降低、脆性增大，应极力避免
减小内部和表面缺陷可在一定程度上有效改善材料性能
22
2)提高断裂韧性
断裂韧性低是陶瓷固有缺点，限制了其扩大应用！ 提高断裂韧性方法：主要是复合化途径，以陶瓷为基体， 加进增强相而引入各种 增韧机制 来 加大裂纹扩展阻 力，增加断裂过程能量消耗，达到提高断裂韧性的目的。
可能的消耗能量机制： 裂纹偏转或分叉、基体裂纹被纤维 桥联、使结合弱的界面解离、纤维拔出等。
29
2)氧化锆
性能特点： 高强度、高硬度、耐化学腐蚀性、
高韧性 (是所有陶瓷中最高的)
晶型结构： 单斜结构 (m相，低于1170度， 5.65g/cm3) 四方结构 (t相， 1170~2370度， 6.10g/cm3) 立方结构 (c相， 2370度以上， 6.27g/cm3)
30
晶型转变：在1170度左右发生晶型转变 升温时单斜向四方晶型转变， 体积收缩7% 冷却时四方向单斜晶型转变， 体积膨胀7％
力强而质地坚硬，如石英)
11
1.1.2 玻璃及其结构
玻璃： 非晶态无机非金属材料。 主要组分及其功能： SiO2： 硅酸盐玻璃的主要成份，构成玻璃骨架； Na2O： 制造玻璃的助熔剂，可以大大降低玻璃液粘度； CaO： 加速玻璃熔化、提高玻璃稳定性；
《陶瓷基复合材料》课件
4．纤维桥接
对于特定位向和分布的纤维，裂纹很难偏转，只能沿着原来的扩展方向继续扩展，这时紧靠裂纹尖端处的纤维并未断裂，而是在裂纹两岸搭起小桥，使两岸连在一起(因此也称为纤维搭桥等)，这会在裂纹表面产生一个压应力，以抵消外加拉应力的作用，从而使裂纹难以进一步扩展，起到增韧作用。
随着密度增加，复合材料的强度和韧性增加
密度
(4)颗粒含量和粒径
2
抑制基体晶粒的生长，形成细晶结构，
高弹性模量的SiC分散材料内部的应力集中，SiC颗粒钝化了裂纹尖端，从而降低了材料的应力集中。
SiC颗粒的加入本身也引入了缺陷，使得裂纹偏转
二、高温力学性能
强度
模量
断裂韧性
没有增强时，断裂韧性随温度升高而降低，有晶须增强后，因纤维拔出，在高温随温度升高而增大
01
02
裂纹弯曲和偏转
陶瓷基体中的裂纹一般难以穿过纤维，而仍按原来的扩展方向继续扩展。相对来讲，它更易绕过纤维并尽量贴近纤维表面而扩展，即裂纹发生偏转，裂纹的扩展路径增长，裂纹扩展中需消耗更多的能量因而起到增韧作用，
脱粘
复合材料中纤维脱粘产生了新的表面，因此需要能量。假设纤维脱粘能等于由于应力释放引起的纤维上的应变释放能，则可推出每根纤维的脱粘能量为： 若想通过纤维脱粘达到最大的增韧效果，则高强度的纤维体积量要大，纤维与基体的界面强度要弱，因为1c与界面应力成反比
二、控制CMC界面的途径
过低和过高的界面结合强度都是有害的。对于CMC，为获得最佳的界面结合强度，我们常常希望完全避免界面间的化学反应或尽量降低界面间的化学反应程度和范围。因此，经常采用涂层的方法限制界面反应的发生，防止界面结合过强和脆性界面层的形成。
PMC、MMC、CMC的界面性质比较
陶瓷基复合材料
表10–1
不同金属、陶瓷基体和陶瓷基复合材料的断裂韧性比较
整体陶瓷 材 料
颗粒增韧
相 变 增 韧 ZrOB2B/ AlB2BO3
B
AlB2BOB3
B
SiC
AlB2BOB3B/ TiC
SiB3BNB4B/T iC
ZrOB2B/Mg O
ZrOB2B/YB2B OB3B
断裂韧性 MPa/mP1/2P
2.7~4.2
图 10 – 2 浆体法制备 陶瓷基复合材料示意图
3、反应烧结法（图10-3）
用此方法制备陶瓷基复 合材料，除基体材料几 乎无收缩外，还具有以 下优点： 增强剂的体积比可以相 当大； 可用多种连续纤维预制 体； 大多数陶瓷基复合材料 的反应烧结温度低于陶 瓷的烧结温度，因此可 避免纤维的损伤。 此方法最大的缺点是高 气孔率难以避免。
二、陶瓷基复合材料的制备工艺
2、浆体法（湿态法） 为了克服粉末冶金法中各组元混合不 均的问题，采用了浆体（湿态）法制 备陶瓷基复合材料。 其混合体为浆体形式。混合体中各组 元保持散凝状，即在浆体中呈弥散分 布。这可通过调整水溶液的pH值来实 现。 对浆体进行超声波震动搅拌则可进一 步改善弥散性。弥散的浆体可直接浇 铸成型或热（冷）压后烧结成型。适 用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基 复合材料（图10-2）。 采用浆体浸渍法可制备连续纤维增韧 陶瓷基复合材料。纤维分布均匀，气 孔率低。
4.5~ 6.0
4.2~4.5
4. 5
9~12
6~9
6.5~15
裂纹尺寸 大小, m
1.3~36
41~74
36~41
41
165~ 292
74~165
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2、成型
有了良好的粉体，成型就成了获得 高性能陶瓷复合材料的关键，一般成型 后坯体的密度越高，则烧成中的收缩越 小，制品的尺寸精度越容易控制。陶瓷 的成型方法主要有：模压成型、等静压 成型、热压铸成型、挤压成型、轧膜成 型、流延法成型、注射成型和直接凝固 在表面能减少的推动力下 通过扩散、晶粒长大、气孔和晶界逐渐减少而致 密化的过程。而这一过程是一个复杂的物理、化 学变化的过程，是多种机制组合作用的结果。陶 瓷常采用的烧结方法有：普通烧结、热致密化方 法、反应烧结、微波烧结及放电等离子烧结。 烧结机制可归纳为：1）黏性流动；2）蒸发 与凝聚；3）体积扩散；4）表面扩散；5）晶界 扩散；6）塑性流动等。
a 纤维 是具有较大长径比的材料，是最早
应用的增强体。 碳纤维 有机纤维经固相反应转变而成的 一种多晶纤维状聚合物碳，是一种无机非 金属材料
纤 维
玻璃纤维 非晶型无机纤维，主要成分为二 氧化硅与Ca、B、Na、Al、Fe等的氧化物
硼纤维 通过在钨丝或涂炭或涂鸦的石英纤 维（直径一般为3.5μm～50μm）上沉积不定型 原子硼形成的一种无机复合纤维
C60
碳 纤 维
纳米碳管
金刚石
石墨
玻璃纤维为无定型结构，无远程 有序特征，三维网络结构，具有各向 同性。
加入Na2O
玻璃的无定型结构
硼纤维 通过在芯材(钨丝、碳丝或涂炭或涂鸦
的石英纤维，直径一般为3.5μm～50μm)上沉 积不定型的原子硼形成的一种无机复合纤维， 直径100μm～200μm。
第六章、陶瓷基复合材料
一、概述
二、陶瓷基复合材料的结 构
三、陶瓷基复合材料的种 类 四、陶瓷基复合材料的制 备
五、陶瓷基复合材料未来 趋势
一、概述
陶瓷是氧化物、碳化物、氮化物和硅酸盐等无机化 合物的总称，包括玻璃、家用瓷器、砖瓦等日常用品。 随着人类文明的进步，开发出了各种新型陶瓷，其中一 部分为实现力-电、湿-电、热-电等功能的功能陶瓷，而 另一部分则为满足强度、耐高温、耐磨损等力学性能的 结构陶瓷。 20世纪70年代初期，结构陶瓷作为一种新型高温材 料受到广泛的重视，因为陶瓷具有高熔点、低密度、抗 氧化、抗腐蚀、耐高温和耐磨损等特点，然而由于陶瓷 有共价键或离子键构成，因此具有本质的高强度和低延 性，故而需要改善其韧性，但只有依靠非本质的的韧化 机制才能实现，即将两种或两种以上陶瓷显微结构的组 元复合起来，这就是陶瓷基复合材料
颗粒也是一种有效的增强体之一，主 要用于金属基、聚合物和陶瓷基复合材 料的增强体。在基体中的体积分数一般 在：15％～30％；特殊时，也可以为 5％～
75％
增强体根据 刚性颗粒 一般为陶瓷颗粒，常见
的有：SiC、TiC、WC、BN、石墨等
分 类
变形性能
延性颗粒 主要是金属颗粒，加
入陶瓷中可增强其韧性
1、粉体制备
粉体主要用于基体及增强体中的增韧颗粒。
机械制粉 球磨
分工 分艺 布简 不单 均、 但 组 超性 细能 、优 组良 分的 均高 匀纯 、
粉 体 制 备
化学制粉
搅动振动磨
1）固相法 盐类分解法、高 温自蔓延合成法（SHS） 2）液相法 主要用于氧化物 系列超细粉体的合成 3）气相法 多用于制备超细 高纯的非氧化物粉体
1）氧化物陶瓷基复合材料
类
型
2）非氧化物陶瓷基复合材料
3、按基体材料分
3）微晶玻璃基复合材料 4）碳/碳复合材料
四、陶瓷基复合材料的制备
陶瓷基复合材料主要包括：颗粒、纤维（晶须） 和陶瓷层片增强陶瓷基复合材料，但这三种材料的制 备工艺不尽相同。 一般由以下几个环节组成：
粉体制备
预处理
增强体（纤维、晶须或陶瓷 层片）制备 成型 烧结
二、陶瓷基复合材料的结构
1.陶瓷基复合材料的基体
陶瓷常分为硅酸盐、氧化物和非氧化物三类：
1）硅酸盐陶瓷以SiO2为主，外加Al2O3， MgO，BeO，ZrO2等玻璃相。 2）氧化物陶瓷是以晶体相为主，仅含少量的玻璃 相。常用的有：Al2O3、ZrO2、TiO2、BeO等 3）非氧化物陶瓷包括以石墨或金刚石结构存在的 碳；氮化物（BN、SiN4等）；碳化物（SiC、TiC 等）；硼化物（TiB2、ZrB2等）；硅化物（MoSi2 等）其中，作为高温结构陶瓷Si3N4和SiC最为重要。
子的配位、弹性模量、密度、热膨胀系数等不 连续的区域叫 界面
结合方式：机械结合、物理结合、化学结合和扩
散结合。其中以化学结合为主，有时几种结合方 式同时存在。
三、陶瓷基复合材料的种类
1、按材料作用分 （1）结构陶瓷基复合材料，用 于制造各种受力零部件 （2）功能陶瓷基复合材料，具有 各种特殊性能（光、电、磁、热、 生物、阻尼、屏蔽等） ① 颗粒增强陶瓷基复合材料； 2、按增强材料形态分 ② 纤维（晶须）增强陶瓷基复 合材料； ③ 片材增强陶瓷基复合材料
五、陶瓷基复合材料的未来趋势
① 多层陶瓷基复合材料 用石墨或碳等剪切开裂的材料 作为陶瓷的中间层，使裂纹沿界面偏析，从而提高断裂 韧性的多层复合材料； ② 纳米复合材料 其中典型的一个是以SiC纳米增强颗粒 增强Al2O3复合材料，另一种则是碳化硅纳米颗粒增强氮 化硅（Si3N4）复合材料； ③ 功能梯度复合材料 其产生和发展的基础是以计算机辅 助材料设计和先进复合材料技术，材料的构成要素（结 构、组成等）沿着厚度方向从一侧向另一侧连续变化， 从而达到材料性质和功能也随之呈梯度变化。 ④ 连续纤维增强复合材料 以连续长纤维为增强材料 ，金 属、陶瓷等为基体材料制备而成。
外生型：颗粒的制备与基体无关，是通过一定的
合成工艺制备而成的
根据其生产 内生型：选定的反应体系在基体材料中，一定
方式的不同
条件下通过化学反应原位生成，基体可参与或不 参与化学反应
3、陶瓷基复合材料的 界面
复合材料是两种或两种以上不同组分材料以 微观或宏观的形式复合而成的多相材料，而组 分材料间存在着结合层（区域），而在该区域 内的材料特性，即元素的浓度、晶体结构、原
其中，陶瓷材 料中的硅酸盐结 构较为复杂,普遍 特点是存在 [Si04]4-结构单元， 重要的有锆英石 和镁橄榄石。
镁 橄 榄 石
锆 英 石
2、陶瓷基复合材料的增强体
陶瓷基复合材料的增强体通常也称为增韧 体，虽然陶瓷材料具有耐高温、硬度高、耐磨损、 耐腐蚀及相对密度轻等特点，但他的致命弱点就 是脆性，这一弱点使得陶瓷材料的使用受到很大 限制，其中，陶瓷基复合材料的增韧体一般分为 三种：纤维、晶须和颗粒。
特点： 高强度、高模量、高硬度
b 晶须 指直径小于3μm的单晶体生长
的短纤维，与纤维相比存在的区别是：
① 单晶，缺陷少、强度高、模量大；
②直径小（﹤0.1μm）；
③ 长径比大（L/d﹥数十）；
氧化物晶须：Al203
陶瓷晶须
主要有两大类：
非氧化物晶须：SiC
金属晶须：Cu、Cr、Fe、Ni等
C 颗粒增强体