第六章-陶瓷基复合材料的种类和性能-讲述.ppt

本次主要讲解内容： 一、基本概念和分类 二、原材料及其性能特征 三、陶瓷基复合材料的应用及前景 一、基本概念和分类 陶瓷基复合材料 （Ceramic Matrix Composites，简称CMCs） 以陶瓷材料为基体，以高强度纤维、晶须、晶片和颗粒为增强体，通过适当的复合工艺所制成的复合材料。 通常也成为复相陶瓷材料（Multiphase ceramics）或多相复合陶瓷材料（Multiphase composite ceramics) 1、定义 结构陶瓷基复合材料 主要利用其力学性能和耐高温性能，主要用作承力和次承力构件，主要特性是轻质、高强、高刚度、高比模、耐高温、低膨胀、绝热和耐腐蚀等。 功能陶瓷基复合材料 主要利用其光、声、电、磁、热等物理性能的功能材料，指除力学性能以外而具有某些物理性能（如导电、半导、磁性、压电、阻尼、吸声、吸波、屏蔽、阻燃、防热等）的陶瓷基复合材料。主要由功能体（单功能或多功能）和基体组成，基体不仅起到粘结和赋形的作用，同时也会对复合陶瓷整体性能有影响。多功能体可以使复合陶瓷具有多种功能，同时还有可能由于产生复合效应而出现新的功能。 2、分类 (1)、按使用性能特性分类 氧化物陶瓷基复合材料 非氧化物陶瓷基复合材料 玻璃基或玻璃陶瓷基复合材料 水泥基多相复合（陶瓷）材料 2、分类 (2)、按基体材料分类 颗粒弥散强化陶瓷基复合材料——包括硬质颗粒和延性颗粒 晶须补强增韧陶瓷基复合材料——包括短纤维补强增韧陶瓷基复合材料 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。 2、分类 (3)、按增强体的形态分类 可分为零维（颗粒）、一维（纤维状）、二维（片状和平面织物）、三维（三向编织体）等陶瓷基复合材料。具体可分为： 陶瓷基复合材料类型汇总表 增强体形态 （材料名称） 基体材料种类 （材料名称） 最高使用温度 （K） 颗粒 （陶瓷、金属） 晶须 （陶瓷） 纤维 （连续、短纤维） （陶瓷、高熔点金属） 结构复合式 （叠层、梯度） （按设计要求选择材料） 玻璃：SiO2等 玻璃陶瓷：LAS、MAS、CAS 氧化物陶瓷：Al2O3, MgO, ZrO2, Mullite 非氧化物陶瓷 碳化物：B4C, SiC, TiC, ZrC, Mo2C, WC 氮化物：BN, AlN, Si3N4,TiN,ZrN 硼化物：AlB2, TiB2, ZrB2 水泥 硅酸盐化合物、铝酸盐化合物等 叠层式（叠层、梯度） （按设计要求选择材料） ?860 ?1100 ?1300 ?1650 二、原材料及其性能特征 陶瓷基复合材料是由基体材料和增强体材料组成。 基体材料有氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、水泥、玻璃等。 增强体材料主要以不同形态来区分，有颗粒状、纤维状、晶须、晶板等。 陶瓷基体材料 氧化物陶瓷 性 能 氧化铝 耐热、耐腐蚀、耐磨 二氧化锆 高断裂韧性、绝热 堇青石(Mg2Al4Si5O18) 低膨胀系数、极好的抗热震性 钛酸铝 低膨胀系数、绝热、极好抗热震性 莫来石 耐热、耐腐蚀 氧化物复合材料 高断裂韧性、高强度 非氧化物陶瓷 性 能 氮化硅 高断裂韧性、高强度、极好抗热震性、耐磨损 六方氮化硼 耐磨蚀、极好抗热震性、极好润滑性 立方氮化硼 非常高的硬度、极好的热传导体 氮化铝 耐热、高热传导体 碳化硅 耐热、耐腐蚀、耐磨损、高热导体 复合陶瓷 高断裂韧性、高强度 * 三、陶瓷基复合材料的应用及前景 1. 陶瓷基复合材料在工业上的应用 　　陶瓷材料具有耐高温、高强度、高硬度及耐腐蚀性好等特点，但其脆性大的弱点限制了它的广泛应用。 * 　　随着现代高科技的迅猛发展，要求材料能在更高的温度下保持优良的综合性能。陶瓷基复合材料可较好地满足这一要求。 　　它的最高使用温度主要取决于基体特性，其工作温度按下列基体材料依次提高：玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、碳素材料，其最高工作温度可达1900 ℃ 。 * 　　陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域包括：刀具、滑动构件、航空航天构件、发动机制件、能源构件等。 * 　　在切削工具方面， SiCw增韧的细颗粒Al2O3陶瓷复合材料已成功用于工业生产制造切削刀具。下图为用热压法制备的SiCw/ Al2O3复合材料钻头。 * SiCw/ Al2O3复合材料钻头 * 　　在航空航天领域，用陶瓷基复合材料制作的导弹的头锥、火箭的喷管、航天飞机的结构件等也收到了良好的效果。