SiC基复合材料的发展现状及其应用

SiC基复合材料的发展现状及其应用无机10-2班组员：张志刚赵超赵二伟《复合材料课程报告》之一、SiC基复合材料的发展现状二、纤维补强型SiC基复合材料

三、颗粒弥散增强SiC基复合材料四、存在问题以及研究方向五、参考文献主要内容一、SiC基复合材料的发展现状SiC基复合材料作为先进复合材料的重要组成部分,在现代高科技和国防现代化进程中都扮演着重要的角色,因此开展SiC基复合材料的研究与开发,对我国航天高技术的发展,对新一代武器系统的研制以及对我国国防现代化的实现都有十分重大的意义。SiC具有良好的高温性能、抗蠕变性能和低的热膨胀系数,使得SiC基复合材料成为热结构材料的主要候选材料,受到世界各国的关注。主要应用领域1、高性能航空发动机和火箭发动机领域

2、空间光学领域3、核工业领域1、高性能航空发动机和火箭发动机领域

随着高科技的发展,机械、电子、航空、航天和能源等工业部门对材料的耐磨性、耐腐蚀性和高温性能等提出了越来越高的要求。许多国家研究了大量CMC一SIC构件如整体燃烧室、整体导向器、整体涡轮、导向叶片、涡轮间过渡机匣、尾喷管等国内在热结构陶瓷基复合材料的研究方面也取得了一定的成就。目前国内研究的SIC基复合材料在制备工艺及力学性能方面都取得了长足的进展,己达到或接近国际先进水平,但在应用方面与国外先进水平差距还比较大2、空间光学领域美国、俄罗斯、德国、法国等国家从20世纪80年代初开始进行siC材料在反射镜方面的应用研究。美国联合技术光学系统公司UTOS)和其他公司曾率先开发用于军用高功率激光器反射镜材料的SIC。经过十多年的努力,成功地研制出直径达1.2m,表面粗糙度达70翔mKMs,面密度达10kg/mZ的高度轻量化的碳化硅反射镜。碳化硅反射镜的发展,为空间光学的轻型化奠定了基础。国内在空间光学系统领域也进行了积极的研究。制备出直径300nun卫星发射镜坯体,其表面光洁度达到了国际先进水平,目前正在向大尺寸卫星反射镜的应用方面发展。3、核工业领域SiC基复合材料以其低活性、抗辐射能力强,较高的热导率等方面的优异性能,在核应用方面同样显示出很好的发展潜力。SIC基复合材料的热导率和氖核保留率比当今用作等离子体面板部件的的先进C/C复合材料低的多。siC/siC复合材料具有很低的感应放射性和余热,同时具有高温运行条件卜的高性能特征。

二、纤维补强型SiC基复合材料

纤维补强型SiC基复合材料由于SiC纤维和C纤维具有比强度和比模量高，耐高温等特点，因此，纤维补强SiC基复合材料主要以SiC纤维和C纤维为主。CMC-SiC被认为是继C/C复合材料后发展的又一战略性材料，可以大幅度提高先进武器的装备性能。此外，在核能、高速刹车、高温交换器等有广泛的应用潜力。1、SiC纤维补强型SiC基复合材料

SiC纤维补强型SiC基复合材料SiC纤维补强型SiC基复合材料的制备方法主要有CVI(chemicalvaporinfiltration)、FCVI(theforced-flowchemicalvaporinfiltration)、PIP(polymerimpregnationandpyrolysis)等方法。其中CVI法是常用的方法，用CVI制备的材料具有密度低，均匀性较差等特点，于是发展了FCVI法，FCVI是一种较新的工艺，它具有得到的材料纯度较高，孔隙率降低等特点。材料所处的环境制约着其自身的性能，SiC基复合材料有望在航空、航天、宇宙等环境下应用，因此，对SiCf/SiC性能的研究最近几年主要集中在SiC基复合材料的抗辐射性能，弯曲和断裂韧性，疲劳性能。2、C纤维补强型SiC基复合材料C纤维补强型SiC基复合材料的制备方法和SiC纤维补强型SiC基复合材料的制备方法基本相同，主要有CVI、FCVI、PIP等方法。C/SiC复合材料具有优异的力学行为，其断裂行为展示出类似于金属的断裂行为(如图1所示)。不仅常温力学优良，同时还有好的高温力学性能(如图2所示)。断裂行为高温力学性能三、颗粒弥散增强SiC基复合材料由于纤维增强型材料的制备工艺复杂，难度高，成本高，为了寻求低成本的材料制备，人们把目光转向了颗粒弥散性复合材料的制备。二元化合物增强SiC基复合材料三元化合物结合SiC基复合材料1、二元化合物增强SiC基复合材料

对于SiC陶瓷基复合材料，最初是SiC与TiC结合得到了性能优良的陶瓷基复合材料。现在，二元化合物增强的SiC基复合材料其增强相主要是TiC、WC、TiB2、B4C、MoSi2等由于原位合成可以获得晶粒细小，分布均匀的陶瓷材料；保证了界面的牢固结合，使裂纹界面扩展阻力增大，从而使陶瓷的韧性得以提高，因此，原位合成技术将是材料制备的主流2、三元化合物结合SiC基复合材料

近年来具有层状结构的三元化合物Ti3SiC2由于同时具有金属和陶瓷的许多优良性能而受到广泛的关注，将Ti3SiC2加入SiC材料中原位制备复相陶瓷成为了研究的热点之一。西南交通大学长期致力于研究Ti3SiC2/SiC复相陶瓷的制备和高温力学性能、高温抗氧化性能等高温力学性能的研究。利用热等静压原位合成技术制备的Ti3SiC2/SiC复相陶瓷，对其高温氧化行为进行了研究。四、存在问题以及研究方向

SiC复合材料作为承力件还没有大规模的工业应用,且只有一般力学性能方面的有限数据,如强度和疲劳特性。例如,将其应用于核聚变反应堆的极端环境(如第一层器壁或转盘)是不成熟的。对于纤维补强型SiC基高性能材料，将关注以下三方面：1）加强对纤维与基体之间的界面结合的研究。2）对现有的CVI和FCVI等制备方法进一步进行系统优化，以提高材料性能，降低成本。3）更注重在恶烈环境下研究材料性能与环境之间的相互关系，揭示其环境对材料的作用机理。这些恶烈环境主要包括中子辐射环境、1400℃及更高的高温环境、潮湿环境、应力腐蚀环境。对于颗粒弥散增强型SiC基高性能材料，将关注以下三方面：1）增强相由二元化合物向三元化合物发展，两相向多相发展。2）制备技术向原位合成方向发展。3）更关注于SiC基高性能材料的高温性能。SiC基高性能材料的高温力学性能、高温抗氧化性能、高温磨损性能的研究将成为热点研究。五、参考文献《SiC基高性能材料的研究进展》郭双全，朱德贵，李金火，孙红亮（西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室，成都610031）《SIC基复合材料研究现状及发展趋势》周新贵张长瑞“邹世钦“周长城中南大学粉末冶金研究院湖南“于海蛟“黄伯云长沙4100832国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073《SIC基复合材料连接技术的研究进展》蓝新艳,王浩,李效东(国防科技大学CFC国防科技重点实验室,长沙4100721)《TiC颗粒增韧SiC基复合材料及其冷处理研究》穆柏春(辽宁工学院材料工程系,锦州121001)《单向纤维增强SiC基复合材料界面微结构的研究》马江,周新贵,张长瑞,曹英斌（国防科学技术大学航天与材料工程学院先进陶瓷纤维及复合材料重点实验室,长沙410073)《混杂纤维增韧SiC基复合材料的强度分布》刘善华，张立同，刘永胜，殷小玮，成来飞，李辉，孟志新(西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室，西安)《聚碳硅烷先驱体制备SIC基复合材料的性能研究》’陈朝辉张长瑞冯春祥张凌刘成民(材料科学与应用化学系)《CSCVI法制备C布增韧SiC基复合材料及其微观结构》肖
鹏1,徐永东2,黄伯云1(1.中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙410083;2.西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西西安710072)《Cf/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究》周长城，张长瑞，胡海峰，张玉娣，王志毅(国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室，湖南长沙410073)《SiC晶须增韧陶瓷基复合材料的研究进展》李喜宝,柯昌明,李
楠(武