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主题：论文纤维增韧补强陶瓷复合材料的研究现状

摘要：近年来陶瓷材料的强韧化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视，其中在陶瓷材料中

引入起增韧作用的第二相制成陶瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。本文介绍了纤

维增强陶瓷基复合材料的纤维种类、陶瓷基复合材料的制备技术、应用领域等，多方面综合

阐述了其国内外研究进展。

关键词：纤维；增强；陶瓷基复合材料；工艺

陶瓷材料具有许多优异性能，陶瓷结构材料能耐高温、耐侵蚀、耐磨损及比重小等，

陶瓷功能材料具有独特的电学性能、磁学性能、铁电压电性能等许多优良的性能，但由于脆

性这一致命弱点，使得目前陶瓷材料的使用受到很大的限制。因此，近年来陶瓷材料的强韧

化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视，其中在陶瓷材料中引入起增韧作用的第二相制成陶

瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。

1．复合材料陶瓷基体

复合材料陶瓷基体分为氧化物系和非氧化物系。氧化物基体是氧化铝陶瓷和铝硅酸盐玻璃，

非氧化物基体复合材料包括碳纤维增强碳（C/C）复合材料和SiC纤维增强的碳化硅（SiC）

与氮化硅（Si3N4）系复合材料。陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料（简称CFCC）有巨大的

潜在应用，其相对密度低（仅为钛合金的1/2，镍基超合金的1/3），除了航空航天和军事工

业中的耐高温用途外，还可能在陆地运输、石油化学工业、能源和环保领域获得广泛应用。

因此，美国、日本和西欧都将陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料（CFCC）作为21世纪可能

获得大发展新材料的重要研究开发项目。

2纤维增强材料

陶瓷材料的增韧研究一直倍受重视。从1976年I.W.Donal等发现在陶瓷本体中引入

第二相材料增韧开始，陶瓷增韧先后经历了粒子相变增韧、晶须补强增韧、短纤维增韧和目

前连续纤维增韧等阶段。陶瓷材料的韧性不断提高，目前连续纤维补强增韧陶瓷基复合材料

（CFRCMC）的断裂韧性已经达到25MPa·m1/2以上，这使其具有类似金属的断裂行为，

不会出现灾难性损毁，从而可应用于航空和航天等高技术领域。因此，近年来世界先进技术

国家大力开发连续纤维补强增韧陶瓷基复合材料应用研究，已开发和应用了多种耐高温、高

强度陶瓷纤维，如各种碳化硅纤维、碳纤维和氧化铝纤维，进行了SiC、Si3N4、A12O3和

ZrO2等多种陶瓷基体的应用研究。

三维编织复合材料是近二十年来诞生的一种新型复合材料，是复合材料科学中异军突起

的一支新秀，它以三维整体织物为增强体，其优良的结构性显著改善了复合材料多方面的力

学特性，从根本上克服了传统层合板层间剪切强度低而且易分层的缺点，在航空、航天、军

工、汽车、医疗以及高级体育用品等领域得到了广泛应用[1]。

短碳纤维复合材料加工性好，长碳纤维复合材料则具有较好的力学性能。而三维编织复合材

料具有整体性和力学结构合理两大特点。三维编织复合材料作为一种结构与功能完美结合的

先进纺织复合材料越来越受到人们的重视。美国A.B.Macander等[2]通过实验证明了三维编

织物能够大幅度提高复合材料的强度和刚度这一事实。采用三维整体编织技术制作的复合材

料比三向正交复合材料和缠绕复合材料有更好的耐烧蚀性，与三向正交复合材料相比烧蚀率

下降约20%，表1给出了试验结果[3]。Gause等首先指出三维编织复合材料具有良好的

抗损伤性，他们发现三维编织结构钻孔后仍能保持90%以上的拉伸强度。

表1不同工艺制造的复合材料性能对比

材料拉伸强度(MPa)拉伸模量(GPa)线烧蚀率(mm/s)背面升温(℃)

三维整体编织碳/酚醛50035.50.1815

三维整体编织碳/酚醛40236.40.2225

斜向缠绕/酚醛247.80.22——

70代初，Aveston[4]在连续纤维（以下简称纤维）增强聚合物基复合材料（FRPMC）

和纤维增强金属基复合材料（FRMMC）研究的基础上，首次提出了纤维增强陶瓷基复合材

料（FRCMC）的概念，从而为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个崭新的领域。1973年，

Levit以LAS玻璃为基体材料制得了高强度碳纤维增强玻璃基复合材料。80年代初，Prewo

首次将SiC纤维植入玻璃基体中，制得了强度高、韧性好的纤维增强玻璃基复合材料，使纤

维增强陶瓷基复合材料在世界范围内引起了广泛的关注。Fitzer等[5,6]采用化学气相沉积工

艺制备FRCMC，制得了高性能的Nicalon纤维增强SiC复合材料，从而全面推动了FRCMC

的研究工作。

连续纤维增韧陶瓷基复合材料具