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陶瓷 2009.No.1

纤维增强陶瓷基复合材料概述

史国普

(济南大学材料科学与工程学院 济南 250022)

摘 要 连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一,以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。综述了纤维增韧陶瓷基复合材料的选材原则、主要的增韧机理、制备方法以及目前主要的界面改性方法。得到以下结论:纤维的选择必须满足工作环境的要求,纤维与基体之间要在热力学上相匹配;主要的增韧机理为载荷转移、微裂纹增韧、裂纹偏转、纤维脱粘和纤维拔出;复合材料的主要制备方法是热压法、CVI法和聚合物浸渍裂解法;目前最有效的界面改性方法是纤维表面涂层。用氧化物纤维作为增韧体,研究更加简单适用于大规模生产的制备方法,研究更加简单的涂层工艺是今后研究纤维增强陶瓷基复合材料的重点。关键词 纤维 陶瓷基复合材料 增韧机理 界面改性TheSummaryofFiberReinforcedCeramicMatrixComposites

ShiGuopu(SchoolofMaterialScienceandEngineering,JinanUniversity,Jinan,250022)

Abstract:ContinuousfiberreinforcedceramicMatrixcompositesisoneofthemostfuturematerialsthatareusedinhightemperatureandstructure.Everycountriesintheworldpaidattentiontothematerials,becausethosehavehigh-toughnessandhigh-strength.Inthispa2per,researchstatusofCFCCisreviewedwithrespecttoselectingmaterialsprinciple,tougheningmechanism,fabricationprocessesandin2terfacemodification.Theresultsshowthat:theselectprincipleofthefibermustadapttherequestoftheuseenvironment,andthethermo2dynamicsbetweenfiberandmatrixmustmatch.Thechiefreinforcedmechanicsisloadtransfer,micro-cracks,cracksdeflection,fiberstickypointandfiberextraction.ThechiefpreparationmethodsofthecompositesareF-W,CVIandPIP.Themainlyinterfacemodifiedmethodinpresentisthefacecoatonthefiber.Inthefuture,thestudyemphasesoffiberreinforcedceramicmatrixcompositesisoxidefi2berasreinforcedmaterial,simplepreparingmethodthatsuitslarge-scaleproduction,andsimplercoatingtechnology.Keywords:Fiber;Ceramicmatrixcomposites;Tougheningmechanism;Interfacemodification

其它相关技术的进步,人们逐步开发出制备这类材料

前言

连续纤维补强陶瓷基复合材料(ContinuousFiberReinforcedCeramicMatrixComposites,简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性,特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式,使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用

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的有效方法,使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。20多年来,世界各国特别是欧美以及日本等对纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺和增强理论进行了大量的研究,取得了许多重要的成果,有的已经达到实用化水平。如法国生产的/Cerasep0可作为/Rafale0战斗机的喷气发动机和/Hermes0航天飞机的部件和内燃机的部件;SiO2纤维增强SiO2复合材料已用作/哥伦比亚号0和/挑战者号0航天飞机的隔热瓦。由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点,能有效地克服对裂纹和热震的敏感性

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。20世纪70

年代初,JAveston在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上,首次提出纤维增强陶瓷基复合材料的概念,为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个方向。随着纤维制备技术和

,因此,在重

复使用的热防护领域有着重要的应用和广泛的市场。