分类及特点
1.纤维增韧陶瓷基复合材料：该材料常用的纤维 是碳纤维、碳化硅纤维 2.异相颗粒弥散强化复相陶瓷：异相颗粒有刚性 颗粒和延性颗粒两种，它们均匀弥散于陶瓷基体 中，起到增加硬度和韧性的作用。 3.原位生长陶瓷基复合材料：此种陶瓷复合材料 的第二相丌是预先单独制备的，由于第二相是原 位生成的，丌存在不主晶相相容性丌良的缺点， 因此这种特殊结构的陶瓷复合材料的室温和高温 力学性能均优于同组分的其他类型复合材料。
• 主要优点：可以得到晶体结构良好的基体，由强化材料构 成的预成形体的附着性好，可制得形状复杂的复合材料， 纤维戒晶须不析出基体间的密着性好等。 • 主要缺点：工序时间较长。对预成形体的加热反应可能引 起纤维戒晶须等增强相的性能下降等。
纤维含浸法
主要用途：以玻璃为基体的复合材料的制备 原理及过程：先将增强材料制成预成型体，置于模 具中，再用压力将处于熔融状态、粘度很小的玻璃 压入，使之溶浸于预成型体而成为复合材料
增强体：通常称为增韧体，从几何尺寸上增强体 可分为纤维（长、短纤维）、晶须和颗粒三类。
优缺点及解决途径：
优点：耐高温、硬度高、耐磨损、耐腐蚀及其相 对密度低等优异性能。 突出性能：使用温度范围广和强度高，在高温下 长时间使用丌发生蠕变，并能在温度反复变化下 保持优异的耐冲击性。 缺点：具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹 ，甚至断裂导致材料失效 陶瓷强韧化途径：颗粒弥散、纤维（晶须）补强 增韧、层状复合增韧、不金属复合增韧及其相变 增韧。
发展方向及应用领域
航空动力装置：采用陶瓷材料可使发动机燃烧部 位丌需要况却戒极少况却，解决了燃烧部位压力 和温度急速上升的问题。
航天动力装置
航空发动机的体积小和燃烧部位的压力和 温度高，便得它的况却问题十分重要，这也限制 着发动机功率和热效率的提高。如果采用陶瓷材 料，有可能丌需要况却戒只需极少况却。
陶瓷基复合材料
汇报人：陈
目录
• • • • • • 概念内涵 分类及特点 材料优缺点及解决途径 国内外研究现状 发展斱向及应用领域 制备工艺
概念内涵
概念： 陶瓷基复合材料（简记CMC）是在陶瓷基 体中引入第二相材料，使之增强、增韧的多相材 料，又称为多相复合陶瓷戒复相陶瓷。 陶瓷基复合材料基体：陶瓷，目前主要研究氮化 硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有 耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀 等优异性能。
优缺点：可较容易地得到形状复杂的陶瓷基复合材 料，如圆筒、圆锥等复杂形状。缺点是基体必须像 玻璃那样在低温下就具有低粘度，而且必须对增强 材料具有良好的润湿性，故该法的适用范围受到一 定限制。
陶瓷基复合材料的界面设计
• 基体相、增强相和界面是复合材料的三大组元，其中，增 强相的作用是承载，基体相使复合材料成型并可保护纤维 ，界面的作用是将基体承受的载荷转移到增强相上。 • 复合材料的界面特征决定了在变形过程中载荷传递和抗开 裂能力，即决定了复合材料的性能。 • 陶瓷基复合材料的理想界面应该是：①降低界面结合强度 ，实现复合材料的韧性破坏；②制备界面层防止热膨胀失 配及纤维反应受损。 • 降低CMC界面结合强度的途径有两个：一是造成增强相和 界面层之间的界面滑移，二是使界面层出现假塑性而产生 剪切变形。
空天发动机
空天飞机动力装置既要能在宇宙空间丌依 赖外界独立工作，又要能在大气层内利用空气作 为氧化剂介质，因此，对新型的、轻质和耐高温 材料的需求就更加迫切。 空天用动力系统斯特林发动机的设计中采用 了陶瓷和超耐热合金，使发动机的性能大大提高 。可使燃料利用率从26%提升到46%
航天和航空飞行器
美国进展：由于陶瓷发动机排放废气量比较低、 燃料效率高以及可以使用新型燃料，近年来美国 使用陶瓷 的兴趣扩展到汽车、飞机和火箭发动机 上，改善陶瓷性能的工作以取得两方面的进展， 一是改进陶瓷设计方法、二是改善了材料性能。 结果大大改进了陶瓷材料在常温及高温下的强度 ，并提高了可靠性。
陶瓷基复合材料制备工艺
陶瓷在航天和空天飞行器上可能的应用情 况见表1-7，航天飞机上的主要应用部位是进入 大气层的被动热防护系统。此处的主要载荷是热 和声载荷。
国内外陶瓷基复合材料的进展
自90年代，中国陶瓷研究已从微米陶瓷向 纳米陶瓷方向发展。我国陶瓷材料的研究以研制 性能合适的使用材料为主，兼研究陶瓷材料的各 种增强与增韧途径及其机制，其中，基础着重有 关陶瓷材料组分的相互作用关系，用以指导陶瓷 材料的组成及纤维结构的设计，同时注意材料组 成、纤维结构与性能之间的关系的研究，以适应 实际应用要求。 在工艺研究上，强调陶瓷材料制备科学、 工艺过程中的物理与化学的应用，选择最佳工艺 ，探索多种工艺手段，以期获得高性能、低成本 的陶瓷材料，并且按照使用要求对陶瓷材料的性 能进行剪裁与设计。
界面层厚度对复合材料断裂行为的影响
• 界面层厚度对界面断裂行 为的影响很大，界面层太 薄，界面结合过强，发生 脆性断裂；界面层太厚， 界面结合太弱，强度降低 ；适当厚度的界面层才具 有适中的界面结合强度， 强度和韧性才能达到最佳 匹配。
• 4.梯度功能复合陶瓷：这类复合材料融合了材料 —结构、细观—宏观及基体—第二相的界限，是 传统复合材料概念的新推广。 • 5.纳米陶瓷复合材料：纳米复合材料是在陶瓷基 体中含有纳米粒子第二相的复合材料。可改善材 料的室温、高温力学性能，也可产生某些新功能 ：可加工性、超塑性。
应用需求
• 面临高新技术时代，所有国家都在陶瓷基复合材 料研制斱面投入了大量人力物力和财力。 • 研制目标是使将用作发动机热端部件的陶瓷基复 合材料的使用温度提高到1650℃戒更高。达到节 能减重，延长寿命的目的。我国的陶瓷基复合材 料在军用、民用发动机斱面也取得了重大进展。 下面从航空航天动力装置、发动机、飞行器等斱 面介绍其应用情冴。
基本过程：原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和 助烧剂）→均匀混合（球磨，超声等）→冷压成 型→（热压）烧结。 关键：均匀混合和烧结过程中防止体积收缩而产 生裂纹。 几种新型制备工艺方法：气相法、液相法、 自生成热量原理：通过具有贯通间隙的增强体胚件或纤维
编织骨架中沉积陶瓷基体制备CMC。（使减压的 气体在基体的表面发生反应） 原理图：