超高温陶瓷基复合材料制备与性能的研究进展

综述超高温陶瓷基复合材料的研究体系,制备技术,材料力学、抗氧化、抗烧蚀性能等方面的研究进展,重点关注碳化物、硼化物陶瓷基复合材料以及连续纤维增韧陶瓷基复合材料体系,简述烧结致密化制备工艺和连续纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法,重点解释碳纤维(Cf)在微观结构层面对于ZrB_2-SiC复合材料力学性能的影响,着重分析ZrC-SiC和ZrB_2-SiC复合材料的高温抗氧化和抗烧蚀性能,对超高温陶瓷基复合材料面临的挑战和发展前景进行了展望。     

张立同:十年磨一剑

“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”项目由西北工业大学张立同院士等主持完成。成果整体技术跻身国际先进行列,材料综合性能达到国际领先水平,从而打破了国际高技术封锁,走出自主创新、跨越式发展国际前沿性材料的道路,对国防科技工业和国民经济发展都将发挥重大作用,潜在市场每年约10亿元。此项目研制的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料是国际上公认的反映一个国家先进航空航天器制造能力的新型热结构材料,可以满足航空航天器向高速度、高精度、高搭载和长寿命发展的需求。我国是继法国和美国之后第三个掌握此技术的国家。在10…     

耐磨钢铁基梯度复合材料制造工程化技术研发与产业化开发

国内年用导卫板和轧辊等钢铁磨损件20余万吨。项目组研究开发出有自主知识产权的高硬度WC陶瓷颗粒增强耐磨钢铁基（高铬钢铁基）梯度复合材料,开发出“弥散WC＋金属基体”的高硬度陶瓷预制体制备技术,开发出“负压＋振动”去气细晶凝固成形制备技术,     

现代技术陶瓷及应用

本文简述现代技术陶瓷最新研究、发展动态以及在实际中的应用,其中包括结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷三个部分。此外对厦门大学材料系在现代技术陶瓷方面的研究和进展作了简介。     

航空发动机复合材料叶片先进制造技术研究进展

大规模采用复合材料叶片是目前航空工业实现航空发动机更高涵道比和减重的最有效途径。以复合材料航空发动机叶片的制造技术研究进展为主题，介绍了现阶段树脂基、金属基和陶瓷基复合材料航空发动机叶片的主流加工工艺；重点讨论了关键制造技术的发展现状和应用情况，包括树脂基复材叶片的预浸料/模压成型工艺和三维编织结/增强树脂传递模塑成型工艺、金属基复材叶片的模压成型、加压浇铸工艺和超塑成形/扩散连接工艺以及陶瓷基复合材料叶片的熔体渗透工艺；探讨了航空发动机复合材料叶片的发展趋势，并提出未来复合材料叶片关键制造技术的研究方向。     

国家技术发明奖一等奖"花落两家"

在连续空缺6年后,国家技术发明奖一等奖3月28日"花落两家","高性能炭/炭航空制动材料的制备技术"和"耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术"双双摘取2004年度技术发明奖的最高奖项.     

国家技术发明奖缘何"花落他家"--北京地区材料领域获得国家科技奖的分析与思考

2005年3月28日上午，当黄伯云和张立同院士从胡锦涛总书记手中接过了国家技术发明奖一等奖的荣誉证书时，标志着国家技术发明奖连续6年空缺的局面终于打破了。打破这一局面的是材料领域的两项成果“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”和“高性能炭／炭航空制动材料的制备技术”，这是材料科技界的殊荣。但这两项国家技术发明一等奖分别产生于湖南和陕西，对于北京材料领域的科技工作者，不能不引起更多的分析和思考。     

基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析

建立了1-3型水泥基压电复合材料的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。得到了水泥基压电复合材料的内部应力应变分布、水泥基体对复合材料压电性能的影响、复合材料的厚度振动模态和在动态载荷下的响应情况。发现水泥基压电复合材料产生的驱动应变和节点应力都集中在压电陶瓷柱上,高泊松比和低弹性模量的水泥基体能够增加复合材料的压电性能;低频下水泥基压电复合材料的振动特性与压电陶瓷相同,且对外部的动态激励有着良好的线性响应。     

化学气相渗透工艺制备陶瓷基复合材料

综述了采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration, CVI)工艺制备陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites, CMCs)的模拟与可视化、柔性与鲁棒性以及强韧性控制与设计等研究的进展和趋势. 陶瓷基复合材料气相制造过程模拟涉及气体传输、反应热力学与动力学、预制体的孔隙结构建模等理论, 是一个典型的多尺度和多物理场问题. 运用量子化学、化学热力学、微观动力学、有限元、水平集和人工智能等方法, 实现了复合材料致密化过程的模拟和成分分析, 更加精准地反映了气体在多孔预制体中的各向异性传输和沉积过程, 为工艺优化提供更准确的控制参数. CVI工艺制备陶瓷基复合材料具有柔性与鲁棒性等工艺特性, 包括应用广泛性, 可控制、可调整与可设计性, 可连接与可组装性, 可纠错、可修复与可兼容性等诸多特性, 适用于陶瓷基复合材料微结构的调控, 是陶瓷基复合材料领域最先进的基础制造方法. 陶瓷基复合材料的强韧性一直是其发展中的核心问题, 增强体纤维、基体及二者界面之间的模量匹配, 以及热残余应力和纤维基体体积分数等参数的设计与控制是这个核心问题的关键. 通过合理控制与设计这些参数, 可以实现陶瓷基复合材料的强韧化控制与设计, 从而适应不同使用环境条件的需求.     

制备工艺对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料准静态压缩性能的影响

利用WDW-E100D型万能试验机和S-4800场发射扫描电镜,研究了不同工艺制备的多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩性能和断口形貌特征. 结果表明:制备工艺决定多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩强度,当工艺参数非晶合金浇注温度为860℃,浇注后保温6min时最佳.多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩断裂为脆性断裂.断口形貌特征主要包括多孔SiC陶瓷产生解理台阶,Zr基非晶合金产生尖脊状、细脉状等不同形态的脉状花样.     

短碳纤维增强玻璃陶瓷基复合材料制备与机械性能

研究了单向短切碳纤维增强锂铝硅酸盐（ＬＡＳ）玻璃陶瓷基复合材料的制备工艺及其对复合材料机械性能的影响．结果表明：短切碳纤维增强ＬＡＳ玻璃陶瓷基复合材料的性能与热压温度、热压保温时间、热压压力有关；随纤维体积含量的不同，复合材料性能存在不同的最佳热压工艺；最佳热压工艺受玻璃陶瓷基体中液相的高温粘性流动行为的影响     

短碳纤维增强玻璃陶瓷基复合材料制备及与机械性能

研究了单向短切碳纤维增强锂铝硅酸盐玻璃陶瓷基复合材料的制备工艺及对复合机械性能的影响，结果表明：短切碳纤维增强ＬＡＳ玻璃陶瓷基复合材料的性能与热压温度、热压保温时间，热压压力有关，随纤维体积含量的不同，复合材料性能存在不同的最佳热压工艺，最佳热压工艺受玻璃陶瓷基体中液相的高温粘性波动行为的影响。     

含LaPO4 界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基透波复合材料的制备和性能研究

氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料具有力学性能好、高温抗氧化、耐腐蚀、介电性能优异等特点,可用做于天线罩耐高温透波功能材料。以氧化铝纤维为增强体,以氧化铝浆料、莫来石溶胶为基体,磷酸镧作为界面层材料,制备出了氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料,并对复合材料在室温以及1 200℃的拉伸强度进行表征,同时通过扫描电镜观察其破坏规律。结果表明:引入LaPO4 界面相的复合材料,室温下的拉伸强度为148.3 MPa,1 200 ℃下的拉伸强度为129.6 MPa, 与无界面相复合材料拉伸强度相比分别提高了20.1%和24.9%。无界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料断口平整,呈现脆性断裂,存在LaPO4 界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料断口有大量纤维拔出,表现出韧性断裂特征。含有LaPO4 界面的复合材料在10 GHz、常温下介电常数均值为5.77,介电损耗为0.001 8。在1 300 ℃下材料的介电常数均值为6.18,介电损耗为0.002 0。相对于常温条件,介电常数和介电损耗的变化率分别为7.10%和11.1%,满足变化率小于15%的要求,有望用于透波复合材料领域。     

陶瓷基复合材料微观应力分析与调控

初步分析了陶瓷基复合材料内部的微观应力及其影响因素，并结合具体的陶瓷基颗粒复合材料，阐明微观应力对材料力学性能的重要作用，并提出了通过调控材料内部的微观应力以改善材料力学性能．还研究了采用高频微波处理St3N4／TiC（P）陶瓷复合材料，利用Si3N4和TiC对微波能的不同吸收特性，调整材料内部的微观应力，提高材料的力学性能．     

科普中国

正多项新材料技术用于"天和"核心舱我国空间站"天和"核心舱日前成功发射并准确进入预定轨道,记者从中国科学院金属研究所获悉,该所多项新材料技术在"天和"核心舱获得应用。具体的新材料技术包括:首次应用于核心舱电推进系统中的霍尔推力器腔体,采用了氮化硼陶瓷基复合材料,     

2004年国家技术发明奖一等奖与材料科学基础研究

2004年度国家科学技术奖励项目已揭晓.令人瞩目的材料领域的两项成果"耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术"和"高性能炭/炭航空制动材料的制备技术",分获国家技术发明奖一等奖,打破了自国家技术发明奖一等奖连续6年的空缺.此外,"若干新型光功能材料的基础研究和应用探索"等10多项材料相关项目获得2004年度国家自然科学奖二等奖,"陶瓷胶态成型新工艺"、"具有抗菌、交换空气及产生负离子的功能材料"等多项材料相关项目获得2004年度国家技术发明奖二等奖,"低碳铁素体/珠光体钢的超细晶强韧与控制技术"项目获得2004年度国家科学技术进步奖一等奖,"功能化系列共聚脂和纤维的研究开发"等多项材料相关项目获得2004年度国家科学技术进步奖二等奖.     

纳米碳管增强陶瓷基复合材料热残余应力分析

针对纳米碳管与陶瓷材料热膨胀系数的差异导致的热失配问题,采用复合材料细观力学方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了不同长径比的纳米碳管增强陶瓷基复合材料模型,模拟降温冷却过程中纳米碳管的性质对纳米碳管增强陶瓷基复合材料热残余应力变化特征的影响;利用轴对称体弹性力学理论导出纳米碳管贯穿陶瓷基体时纳米碳管增强复合材料的热残余应力解析式,所得结果与数值模拟结果一致,证明数值模拟方法的可靠性.研究表明:纳米碳管的弹性模量、热膨胀系数、体积分数、长径比和温度差等因素的变化对复合材料热残余应力有不同程度的影响.     

SiC_W／ZTA（Y）陶瓷基复合材料致密化过程的研究

用粉末冶金制备ＳｉＣＷ／ＺＴＡ（Ｙ）复合材料．致密化是工艺的关键．本文研究了ＳｉＣＷ／ＺＩＡ（Ｙ）陶瓷基复合材料热压致富化的基本过程，发现晶须补强陶瓷基复复合材料的致密化可分为快速致富化、致富化减速、趋于终极密度等三个阶段．分析发现，热压工艺对陶瓷复合材料的终极密度有重要的影晌．虽然ＳｉＣ晶须对陶瓷材料有良好的补强作用，但晶须的存在明显地阴碍复合材料的致密化．优化热压工艺就可以获得致富化程度高、基体晶粒不粗化的陶瓷复合材料．     

SiC晶须的含量对ZTA陶瓷基复合材料抗热震性能的影响

采用国产SiC晶须（SiCw）制备SiCw-ZTA陶瓷基复合材料，研究了SiC晶须含量对复合材料的抗热震性能的影响。     

陶瓷基复合材料微观应力分析与调控

初步分析了陶瓷基复合材料内部的微观应力及其影响因素，并结合具体的陶瓷颗粒复合材料，阐明微观应力对材料力学性能的重要作用，并提出了通过调控材料内部的微观应力以改善材料力学性能。