陶瓷基复合材料及其应用.pptx
一陶瓷基复合材料的概述二陶瓷基复合材料的成型加工三陶瓷基复合材料的应用四陶瓷基复合材料的发展前景第1页/共27页一、陶瓷基复合材料的概述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第2页/共27页1、陶瓷基复合材料概述定义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。返回第3页/共27页2、陶瓷基复合材料概述分类按材料作用按增强材料形态按基体材料返回第4页/共27页(1)按材料作用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。功能陶瓷基复合材料具有各种特殊性能，如压电陶瓷。返回第5页/共27页(2)按增强材料形态颗粒增强体如氧化锆增韧陶瓷复合材料纤维增强体如玻璃纤维增强陶瓷片状增强体如碳陶瓷基层状复合材料刀片刹车片玻璃纤维加强陶瓷布返回第6页/共27页(3)按基体材料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/碳复合材料返回第7页/共27页3、陶瓷基复合材料概述特点特点：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。返回第8页/共27页增韧机理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、微裂纹增韧返回第9页/共27页二、陶瓷基复合材料的成型加工7、高聚物先驱体热解8、化学气相沉积9、无压烧结1、热压烧结3、固相反应烧结、4、料浆浸渍热压2、热等静压烧结5、电泳沉积6、溶胶凝胶11、自蔓延高温合成法12、直接氧化成型法10注射成型第10页/共27页陶瓷基复合材料成型方法1、热压烧结2、热等静压烧结第11页/共27页陶瓷基复合材料成型方法3、固相反应烧结、4、料浆浸渍热压第12页/共27页陶瓷基复合材料成型方法5、电泳沉积6、溶胶凝胶第13页/共27页陶瓷基复合材料成型方法7、高聚物先驱体热解8、化学气相沉积第14页/共27页陶瓷基复合材料成型方法9、无压烧结10、注射成型第15页/共27页陶瓷基复合材料成型方法11、自蔓延高温合成法12、直接氧化成型法第16页/共27页热压烧结将特长纤维切短(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。热压烧结法返回第17页/共27页三、陶瓷基复合材料的应用现状：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-SiC制造技术和设备体系,发展了4种牌号的CMC-SiC,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。第18页/共27页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。第19页/共27页刀具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。返回第20页/共27页发动机制件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。返回第21页/共27页航天领域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。返回第22页/共27页生物医学近年来，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。返回第23页/共27页其他方面返回第24页/共27页四、陶瓷基复合材料的发展前景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。第25页/共27页第26页/共27页感谢您的观看！第27页/共27页
