高温陶瓷复合材料的进展

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1、第卷第期酸盐学报年月,阅,气一一一一一综合评述‘盏侧一一一一一高温陶瓷复合材料的进展史可顺中国硅酸盐学会,评。摘要很据℃以上高温的使用要求述了结构陶瓷和陶瓷基复合材料的目前状况和高温特性的局限性。,。分析和讨论了发展高温陶瓷复合材料的某些途径重点介绍了微米和纳米复合材料并简单介绍了功能梯度材料、。,在℃能可靠应用成本适当的陶瓷和陶瓷复合材料的发展正受到重视从目前看。。℃以上和空气中应用最,即氧化物纤。和复合材料仍然是当前所关注的研有希望的似乎是氧化物氧化物系统维增强氧化物。。发展超、究重点高温蠕

2、变速率向题的解决寄希望于适当的复合晶体结构强超韧陶瓷的一个新的构想也许是微米和纳米。复合工艺结合制造复合材料,,微米复,,,关锐词陶瓷脚瓷基复合材料合材料纳米复合材料功能梯度材料高温结构应用引言,,‘,,、至今对高技术陶瓷材料如以及陶瓷基复合材料包括顺粒晶、,。须短或连续纤维增强的复合材料方面已经进行了大量的研究工作并取得了许多进展陶瓷基复合材料方面已经发展了用于中温℃左右的碳化硅纤维或碳纤维增强玻璃和玻璃、,,已经证明层状增强的的陶瓷复合材料发展了碳化硅氮化硅和氧化铝基复合材料,【‘’。使用温

3、度接近℃大大超过大多数金属材料的使用极限美国能源部的等认,“”,为根据先进涡轮技术应用计划陶瓷燃气轮机涡轮转子已经在,「,,。℃全速运行了预计年可以完成性能可靠陶瓷的计划目标美国空军材料,,。实验室的指出℃下发动机应用的陶瓷基复合材料已经研制成功陶瓷,、、、、、、基复合材料的潜在应用领城广泛包括宇航国防能源汽车工业环保生物化学工,。,业等在未来的国际竞争中将起关键的作用但目前其商业应用范围仍然非常有限主要用,‘、作切削刀具切削刀具能使金属涡轮制品的加工时间从减到耐磨部件,‘,。,以及少数宇航和军

4、用器件如航天飞机防热瓦和装甲户一个重要的因素是成本太高而,。对于许多民用并大批量应用的场合如汽车发动机价格低廉尤为重要,“”为解决价格问题美国能源部的先进热机陶瓷技术计划该计划是为先进的燃气轮机,柴抽发动机和采用替代燃料如乙醇或压缩天然气燃料发动机发展陶瓷部件将在年度计划中一项热机用陶瓷降低成本的研究计划。这项计划包括建立工艺模拟模型开始执行以鉴别乡工序成本和确定影响高成本的主要因素陶瓷冷加工高成本工序之一成本下降的。场而订荡看蜘通讯,学会,北京。。。联系人史可用中国硅酸盐,,,,,途径研制低成

5、本粉料开发新工艺研究低膨胀基体设计方法的研究检侧标准的制,,,定基础数据的积累和分析发展工业生产用的先进制造技术等以期在近期发展和获得热。机用可靠而成本低的陶瓷商品,,。对于先进热机为了提高燃烧效率和降低燃料消耗燃烧温度是关键美国,的整体高温涡轮嫩气轮机计划的先进高温热机材料计划和国,家宇航计划中的陶瓷基复合材料的研制目标是将使用温度提高到℃或更高以‘”。,,满足军事和民用热机的需要美国空军材料实验室把年代末期大约年陶瓷和陶‘,瓷基复合材料部件的使用温度的计划目标定为℃或更高气美国国防高级研究计

6、,以划署希望年内能获得商品级陶瓷纤维用于制造℃应用的高温结构用陶瓷基复合材料’,已一,在再入飞行器和航天飞机热防护材料方面经广泛地使用了三向碳碳复合材料、一涂层抗氧化碳碳复合材料最近对薄壁抗氧化石墨纤维增强碳化硅复合材料制品的研究,。表明陶瓷基复合材料对于某些飞行器防热屏将是有力的竟争者这类防热屏热结构材料的。。使用温度也将达到℃以上而较近期可能应用于发动机排气喷管,、,年日本国立宇航实验室为宇航结构核聚变反应堆而且为世纪空天飞机系统提出了发展功能梯度材料的设想年日本科学技术署支持开展了缓解热应

7、力,、‘”。的基础技术研究工作家政府研究所大学和公司参加了这项计划美国的大、。。”,学州立大学和独联体的大学以及我国的武汉工业大学’等相继开展了。的研究工作,,。℃本文介绍陶瓷基复合材料的性能在℃特别是在以上高温的性能要,,,,求分析存在问题和差距探讨改进的途径并着重介绍纳米级复合材料简要介绍功能梯度材料的研究情况陶瓷基复合材料高温使用要求和展望,。。℃,对于在℃特别是在高温下长期使用的陶瓷基复合材料的主要要求。。,。。,“为高温下氧化氧化产物厚度应小于林按提出以氧化层厚度与,卜,时间的平方根相

8、关的速率常数计应相当或小于扩高温强度应超过助姗变,了’,。速率应相当或低于。一断裂韧性应大于耐还应当考虑高温疲劳破坏间题非妞化非妞化脚倪盆合材料,,、正如图所示非氧化物材料即多数碳化物翻化物和抓化物的抛物线载化速率常数。,劫均比允许值高出几个数量级只有和等含硅类材料因为表面形成载化硅保护,。层在。。℃高温才会满足杭氧化的要求‘,,,单组分陶瓷如和由于与添加剂相关的晶界相软化引起高温慢裂纹生长,。高温强度下降不能满足最低强度要求见图增强复合材料是满足最低强度要求的重要,一一技术途径高级极碳复合材料