SiC基復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用無機(jī)10-2班組員：張志剛趙超趙二偉《復(fù)合材料課程報(bào)告》之一、SiC基復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀二、纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料

三、顆粒彌散增強(qiáng)SiC基復(fù)合材料四、存在問題以及研究方向五、參考文獻(xiàn)主要內(nèi)容一、SiC基復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀SiC基復(fù)合材料作為先進(jìn)復(fù)合材料的重要組成部分,在現(xiàn)代高科技和國防現(xiàn)代化進(jìn)程中都扮演著重要的角色,因此開展SiC基復(fù)合材料的研究與開發(fā),對我國航天高技術(shù)的發(fā)展,對新一代武器系統(tǒng)的研制以及對我國國防現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)都有十分重大的意義。SiC具有良好的高溫性能、抗蠕變性能和低的熱膨脹系數(shù),使得SiC基復(fù)合材料成為熱結(jié)構(gòu)材料的主要候選材料,受到世界各國的關(guān)注。主要應(yīng)用領(lǐng)域1、高性能航空發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)領(lǐng)域

2、空間光學(xué)領(lǐng)域3、核工業(yè)領(lǐng)域1、高性能航空發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)領(lǐng)域

隨著高科技的發(fā)展,機(jī)械、電子、航空、航天和能源等工業(yè)部門對材料的耐磨性、耐腐蝕性和高溫性能等提出了越來越高的要求。許多國家研究了大量CMC一SIC構(gòu)件如整體燃燒室、整體導(dǎo)向器、整體渦輪、導(dǎo)向葉片、渦輪間過渡機(jī)匣、尾噴管等國內(nèi)在熱結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料的研究方面也取得了一定的成就。目前國內(nèi)研究的SIC基復(fù)合材料在制備工藝及力學(xué)性能方面都取得了長足的進(jìn)展,己達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平,但在應(yīng)用方面與國外先進(jìn)水平差距還比較大2、空間光學(xué)領(lǐng)域美國、俄羅斯、德國、法國等國家從20世紀(jì)80年代初開始進(jìn)行siC材料在反射鏡方面的應(yīng)用研究。美國聯(lián)合技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)公司UTOS)和其他公司曾率先開發(fā)用于軍用高功率激光器反射鏡材料的SIC。經(jīng)過十多年的努力,成功地研制出直徑達(dá)1.2m,表面粗糙度達(dá)70翔mKMs,面密度達(dá)10kg/mZ的高度輕量化的碳化硅反射鏡。碳化硅反射鏡的發(fā)展,為空間光學(xué)的輕型化奠定了基礎(chǔ)。國內(nèi)在空間光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域也進(jìn)行了積極的研究。制備出直徑300nun衛(wèi)星發(fā)射鏡坯體,其表面光潔度達(dá)到了國際先進(jìn)水平,目前正在向大尺寸衛(wèi)星反射鏡的應(yīng)用方面發(fā)展。3、核工業(yè)領(lǐng)域SiC基復(fù)合材料以其低活性、抗輻射能力強(qiáng),較高的熱導(dǎo)率等方面的優(yōu)異性能,在核應(yīng)用方面同樣顯示出很好的發(fā)展?jié)摿ΑIC基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和氖核保留率比當(dāng)今用作等離子體面板部件的的先進(jìn)C/C復(fù)合材料低的多。siC/siC復(fù)合材料具有很低的感應(yīng)放射性和余熱,同時具有高溫運(yùn)行條件卜的高性能特征。

二、纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料

纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料由于SiC纖維和C纖維具有比強(qiáng)度和比模量高，耐高溫等特點(diǎn)，因此，纖維補(bǔ)強(qiáng)SiC基復(fù)合材料主要以SiC纖維和C纖維為主。CMC-SiC被認(rèn)為是繼C/C復(fù)合材料后發(fā)展的又一戰(zhàn)略性材料，可以大幅度提高先進(jìn)武器的裝備性能。此外，在核能、高速剎車、高溫交換器等有廣泛的應(yīng)用潛力。1、SiC纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料

SiC纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料SiC纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料的制備方法主要有CVI(chemicalvaporinfiltration)、FCVI(theforced-flowchemicalvaporinfiltration)、PIP(polymerimpregnationandpyrolysis)等方法。其中CVI法是常用的方法，用CVI制備的材料具有密度低，均勻性較差等特點(diǎn)，于是發(fā)展了FCVI法，F(xiàn)CVI是一種較新的工藝，它具有得到的材料純度較高，孔隙率降低等特點(diǎn)。材料所處的環(huán)境制約著其自身的性能，SiC基復(fù)合材料有望在航空、航天、宇宙等環(huán)境下應(yīng)用，因此，對SiCf/SiC性能的研究最近幾年主要集中在SiC基復(fù)合材料的抗輻射性能，彎曲和斷裂韌性，疲勞性能。2、C纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料C纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料的制備方法和SiC纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基復(fù)合材料的制備方法基本相同，主要有CVI、FCVI、PIP等方法。C/SiC復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)行為，其斷裂行為展示出類似于金屬的斷裂行為(如圖1所示)。不僅常溫力學(xué)優(yōu)良，同時還有好的高溫力學(xué)性能(如圖2所示)。斷裂行為高溫力學(xué)性能三、顆粒彌散增強(qiáng)SiC基復(fù)合材料由于纖維增強(qiáng)型材料的制備工藝復(fù)雜，難度高，成本高，為了尋求低成本的材料制備，人們把目光轉(zhuǎn)向了顆粒彌散性復(fù)合材料的制備。二元化合物增強(qiáng)SiC基復(fù)合材料三元化合物結(jié)合SiC基復(fù)合材料1、二元化合物增強(qiáng)SiC基復(fù)合材料

對于SiC陶瓷基復(fù)合材料，最初是SiC與TiC結(jié)合得到了性能優(yōu)良的陶瓷基復(fù)合材料?，F(xiàn)在，二元化合物增強(qiáng)的SiC基復(fù)合材料其增強(qiáng)相主要是TiC、WC、TiB2、B4C、MoSi2等由于原位合成可以獲得晶粒細(xì)小，分布均勻的陶瓷材料；保證了界面的牢固結(jié)合，使裂紋界面擴(kuò)展阻力增大，從而使陶瓷的韌性得以提高，因此，原位合成技術(shù)將是材料制備的主流2、三元化合物結(jié)合SiC基復(fù)合材料

近年來具有層狀結(jié)構(gòu)的三元化合物Ti3SiC2由于同時具有金屬和陶瓷的許多優(yōu)良性能而受到廣泛的關(guān)注，將Ti3SiC2加入SiC材料中原位制備復(fù)相陶瓷成為了研究的熱點(diǎn)之一。西南交通大學(xué)長期致力于研究Ti3SiC2/SiC復(fù)相陶瓷的制備和高溫力學(xué)性能、高溫抗氧化性能等高溫力學(xué)性能的研究。利用熱等靜壓原位合成技術(shù)制備的Ti3SiC2/SiC復(fù)相陶瓷，對其高溫氧化行為進(jìn)行了研究。四、存在問題以及研究方向

SiC復(fù)合材料作為承力件還沒有大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用,且只有一般力學(xué)性能方面的有限數(shù)據(jù),如強(qiáng)度和疲勞特性。例如,將其應(yīng)用于核聚變反應(yīng)堆的極端環(huán)境(如第一層器壁或轉(zhuǎn)盤)是不成熟的。對于纖維補(bǔ)強(qiáng)型SiC基高性能材料，將關(guān)注以下三方面：1）加強(qiáng)對纖維與基體之間的界面結(jié)合的研究。2）對現(xiàn)有的CVI和FCVI等制備方法進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，以提高材料性能，降低成本。3）更注重在惡烈環(huán)境下研究材料性能與環(huán)境之間的相互關(guān)系，揭示其環(huán)境對材料的作用機(jī)理。這些惡烈環(huán)境主要包括中子輻射環(huán)境、1400℃及更高的高溫環(huán)境、潮濕環(huán)境、應(yīng)力腐蝕環(huán)境。對于顆粒彌散增強(qiáng)型SiC基高性能材料，將關(guān)注以下三方面：1）增強(qiáng)相由二元化合物向三元化合物發(fā)展，兩相向多相發(fā)展。2）制備技術(shù)向原位合成方向發(fā)展。3）更關(guān)注于SiC基高性能材料的高溫性能。SiC基高性能材料的高溫力學(xué)性能、高溫抗氧化性能、高溫磨損性能的研究將成為熱點(diǎn)研究。五、參考文獻(xiàn)《SiC基高性能材料的研究進(jìn)展》郭雙全，朱德貴，李金火，孫紅亮（西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610031）《SIC基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》周新貴張長瑞“鄒世欽“周長城中南大學(xué)粉末冶金研究院湖南“于海蛟“黃伯云長沙4100832國防科技大學(xué)航天與材料工程學(xué)院湖南長沙410073《SIC基復(fù)合材料連接技術(shù)的研究進(jìn)展》藍(lán)新艷,王浩,李效東(國防科技大學(xué)CFC國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長沙4100721)《TiC顆粒增韌SiC基復(fù)合材料及其冷處理研究》穆柏春(遼寧工學(xué)院材料工程系,錦州121001)《單向纖維增強(qiáng)SiC基復(fù)合材料界面微結(jié)構(gòu)的研究》馬江,周新貴,張長瑞,曹英斌（國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院先進(jìn)陶瓷纖維及復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長沙410073)《混雜纖維增韌SiC基復(fù)合材料的強(qiáng)度分布》劉善華，張立同，劉永勝，殷小瑋，成來飛，李輝，孟志新(西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安)《聚碳硅烷先驅(qū)體制備SIC基復(fù)合材料的性能研究》’陳朝輝張長瑞馮春祥張凌劉成民(材料科學(xué)與應(yīng)用化學(xué)系)《CSCVI法制備C布增韌SiC基復(fù)合材料及其微觀結(jié)構(gòu)》肖
鵬1,徐永東2,黃伯云1(1.中南大學(xué)粉末冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長沙410083;2.西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710072)《Cf/SiC陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝研究》周長城，張長瑞，胡海峰，張玉娣，王志毅(國防科技大學(xué)新型陶瓷纖維及其復(fù)合材料國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙410073)《SiC晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的研究進(jìn)展》李喜寶,柯昌明,李
楠(武