陶瓷基复合材料教学课件PPT.ppt

* 晶须与基体之间热膨胀系数的匹配，主要影响了晶须－基体之间的残余应力状态，从而影响了复合材料的力学性能。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 料浆浸渗－热压烧结法的优点： 烧结时间短，制造成本低； 复合材料的致密度和性能高； 尤其适合纤维增强的玻璃和玻璃陶瓷基复合材料 复合材料的结构和形状受限 复合材料的高度和尺寸受限 不适合于固相烧结的材料体系 不足之处： 2、直接氧化沉积法 （Direct Oxidating Deposition ） 利用熔融金属氧化来制备陶瓷基复合材料的一种方法，这种工艺最早是由美国Lanxide公司发明的，故又称LANXIDE法，其制品已经用作坦克防护装甲材料。 它是将纤维预制体置于熔融金属上，金属液的一面在虹吸作用下浸渍到预制体中，另一面在1200～1400?C的高温下被空气氧化生成陶瓷，沉积和包裹在纤维周围，而形成纤维增韧陶瓷基复合材料。 直接氧化沉积法： 工艺相对简单 对纤维损伤小， 可以制备复杂形状的零部件 不可避免地有金属残存，影响材料的高温性能。 不足之处： 3、化学气相浸渗法 (Chemical Vapor Infiltration，简称CVI法） 定义： 在CVI过程中，反应物是以气体的形式存在，能渗入到纤维预制体的内部发生化学反应，并原位进行气相沉积在纤维表面形成SiC基体。 发展历程： CVI法起源于二十世纪六十年代中期，是在化学气相沉积法（CVD法）方法基础上发展起来的一种制备陶瓷基复合材料的新方法。 1962年由Bickerdike等人提出了CVI法之后，首先成功地应用于C/C复合材料的制造； 七十年代初期，Fitzer和Naslain分别在德国Karsruhe大学和法国Bordeaux大学利用CVI法进行SiC陶瓷基复合材料的制备； 1984年Lackey在美国Oak Ridge国家实验室（ORNL）提出了FCVI（Forced CVI）法制备陶瓷基复合材料； 有关CVI基础理论和模型的研究直到二十世纪八十年代后期才开展。 从二十世纪九十年代开始西北工业大学等单位开展了系统深入的研究工作。 典型的CVI设备系统示意图 能在较低温度进行高温材料的制备，SiC陶瓷材料的烧结温度通常高达2000℃以上，而采用CVI法则能在900－1100℃的温度下制备出高纯度和高致密度的SiC陶瓷： CH3SiCl3(v)＋excess H2(v)→SiC(s)+3HCl(v)+excess H2(v) 能制备出硅化物、碳化物、硼化物、氮化物和氧化物等多种陶瓷材料，并能实现微观尺度上化学成份的设计与制造。 能制备出形状复杂、近净尺寸(near-net-shape)和纤维体积分数高（Vf＝60%）的复合材料部件。 制备过程中由于没有机械载荷的作用，纤维的性能损伤程度小。 CVI的突出优点是： 生产周期长， 复合材料的致密度不高（通常都存在10－15％的孔隙率）。 CVI的主要缺点是： CVI法制备的Cf/SiC陶瓷基复合材料的显微结构 4、先驱转化法 (Polymer Impregnation Pyrolysis，简称PIP法) 定义： 先驱转化法是以有机聚合物先驱体(如聚碳硅烷)溶解或熔化后，在真空－气压的作用下浸渍到纤维预制体内部，然后经过干燥或交联固化，再经过高温处理使有机聚合物热解转化制备陶瓷(碳化硅)。 对先驱体的基本要求： 可操作性：在常温下应为液态，或在常温下虽为固态，但可溶、可熔，在将其作为先驱体使用的工艺过程中（如浸渍、纺丝、作陶瓷胶粘剂、作涂层等）具有适当的流动性； 室温下性质稳定：长期放置不发生交联变性，最好能在潮湿和氧化环境下保存； 陶瓷转化率高：陶瓷转化率指的是从参加裂解的有机聚合物中获得陶瓷的比例，以大于80％为好，应不低于50％。 容易获得且价格低廉，聚合物的合成工艺简单，产率高； 裂解产物和副产物均无毒，也不致有其他危险性。 聚碳硅烷的热解转化过程： 聚碳硅烷（polycarbosilane，简记为PCS） 通过裂解可以转化为碳化硅。 200～350℃ 低分子量物质蒸发； 300～500℃ 发生去氢或去氢缩合反应； 550～850℃ 侧链基团降解，形成无定形三维网络结构； 850～1050℃ 形成无定形网状结构的反应结束； 1050～1300℃ 出现平均晶粒尺寸为2nm的?-SiC结晶，同时生成游离碳及?-SiO2； 1300～1600℃ ?-SiC晶粒长大，Si-O键含量下降。 不同温度下处理的PCS的XRD谱 PIP法的主要特点是： 先驱有机聚合物具有可设计性