陶瓷复合材料详细资料大全
复合材料通常具有不同材料相互取长补短的良好综合性能。复合材料兼有两种或两种以上材料的特点，能改善单一材料的性能，如提高强度、增加韧性和改善介电性能等。作为高温结构材料用的陶瓷复合材料，主要用于宇航，军工等部门。此外，在机械、化工、电子技术等领域也广泛采用各种陶瓷复合材料。
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化矽、碳化矽等高温结构陶瓷。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，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。 陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。
基本介绍中文名 ：陶瓷复合材料 组成 ：陶瓷与陶瓷或陶瓷基体材料 套用 ：机械、化工、电子技术 优点 ：有优异的耐高温性能 材料,性能,种类, 材料 陶瓷与陶瓷或陶瓷基体材料与其他材料所组成的多相材料。 主要有陶瓷与金属复合材料，如特种无机纤维或晶须增强金属材料、金属陶瓷、复合粉料等；陶瓷与有机高分子材料的复合材料，如特种无机纤维或晶须增强有机材料等；陶瓷与陶瓷的复合材料，如特种无机纤维、晶须、颗粒、板晶等增韧补强陶瓷材料。陶瓷基复合材料通常可分为颗粒补强陶瓷基复合材料和纤维补强陶瓷基复合材料两类。 性能 (1)陶瓷能够很好地渗透进纤维点须和颗粒增强材料； (2)同增强材料之间形成较强的结合力； (3)在制造和使用过程中同增强纤维间没有化学反应； (4)对纤维的物理性能没有损伤； (5)很好的抗蠕变、抗冲击、抗疲劳性能； (6)高韧性； (7)化学稳定性，具有耐腐蚀、耐氧化、耐潮湿等化学性能 种类 陶瓷基体材料主要以结晶和非结晶两种形态的化合物存在，按照组成化合物的元素不同，又可以分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。此外，还有一些会以混合氧化物的形态存在 氧化物陶瓷基体 (1)氧化铝陶瓷基体 以氧化铝为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷，氧化铝仅有一种热动力学稳定的相态。氧化铝陶瓷包括高纯氧化铝瓷，99氧化铝陶瓷，95氧化铝陶瓷，85氧化铝陶瓷等 (2)氧化锆陶瓷基体 以氧化锆为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。氧化锆密度5.6-5.9g/cm3，熔点2175℃。稳定的氧化锆陶瓷的比热容和导热系数小，韧性好，化学稳定性良好．高温时具有抗酸性和抗碱性。 氮化物陶瓷基体氮化物陶瓷基体氮化物陶瓷基体氮化物陶瓷基体 (1)氮化矽陶瓷基体 以氮化矽为主要成分的陶瓷称氮化矽陶瓷，氮化矽陶瓷有两种形态。此外氮化矽还具有热膨胀系数低，优异的抗冷热聚变能力，能耐除氢氟酸外的各种无机酸和碱溶液，还可耐熔融的铅、锡、镍、黄钢、铝等有色金属及合金的侵蚀且不粘留这些金属液。 (2) 氮化硼陶瓷基体 以氮化硼为主要成分的陶瓷称为氯化硼陶瓷。氮化硼是共价键化合物 ，碳化物陶瓷基体碳化物陶瓷基体碳化物陶瓷基体碳化物陶瓷基体 以碳化矽为主要成分的陶瓷称为碳化矽陶瓷。碳化矽是一种非常硬和抗磨蚀的材料，以热压法制造的碳化矽用来作为切割钻石的刀具。碳化矽还具有优异的抗腐蚀性能，抗氧化性能 (1)碳化硼陶瓷基体 以碳化硼为主要成分的陶瓷称为碳化硼陶瓷。碳化硼是一种低密度、高熔点、高硬度陶瓷。碳化硼粉末可以通过无压烧结、热压等制备技术形成致密的材料。
在现代材料界，复合材料是一个热点话题。科学技术的发展进步离不开各类复合材料的支撑。复合材料的研究深度和应用广度及其发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。
复合材料是两种以上的材料根据使用需求而混合在一起的材料。复合材料的最大特点是：宏观上看是均质材料，微观上看是非均质材料，分子间的作用力来源于结合方式，可以通过设计，使各组分的优势得到更大的发挥。在很多领域，复合材料正在逐步取代传统材料，在国民经济的各个不同领域发挥着重要的作用。
陶瓷基复合材料是陶瓷（或陶瓷纤维）基体与各种纤维复合的一类材料。陶瓷基体一般为高温合成陶瓷材料，其化学组成相对简单，颗粒表面的一致性好，便于进行处理并得到表面包覆一致性的更好材料。现代高温合成陶瓷材料颗粒，一般有非晶态、晶态和晶须3种形态。这些先进陶瓷粉体具有耐高温、强度和刚度高、质量轻、抗腐蚀等优异性能；而其致命的弱点是脆性较大，处于应力状态时会产生裂纹，甚至断裂，导致材料失效。采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，是提高陶瓷韧性和可靠性的有效方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料根据成分可以分为氧化物陶瓷基复合材料和非氧化物陶瓷基复合材料两大类。氧化物陶瓷基包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化锰等；非氧化物陶瓷基包括氮化硅、氮化硼、碳化硅、硫化钼等。在应用中，最重要的技术是对陶瓷粉体材料进行改性与包覆。改性与包覆工艺主要解决两个问题：一是超细粉体或晶须会出现严重的团聚，团聚的粉体与所复合的材料难以进行有效链接；二是超细粉体或晶须与所复合的材料亲和性不好。两者在相互混合时，界面出现间隙且处于分离状态不能相容。上述两个问题如能得到解决，所生产的复合材料就能获得比较高的性能。
在陶瓷基复合材料中，先进陶瓷成分的加入，使其应用范围超越了很多常规材料，并展现出更加优异的综合性能。
在航天工业中，陶瓷基复合材料可用于“烧蚀材料”。当宇宙航天器完成任务返回地球时，稠密的大气层是它的必经之地。高速的飞行速度使航天器和空气之间产生强烈的摩擦，由此而放出的热量瞬间可高达8000 10000 ，“烧蚀材料”此时吸收大量的热烧掉自己的一部分，同时使周围的温度降低以保证航天器本体安然无恙。
在现代航空工业中，陶瓷基复合材料以密度小、强度高、易成型、价格合理的综合性能占领了其工业领域的巨大空间。据了解，美国生产的B-2隐身轰炸机，其机体的结构材料几乎全是复合材料。
在新能源领域，风力发电机叶片是最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。陶瓷基复合材料的工艺性好、成本低、密度小、维护费用低、耐雷击、耐腐蚀、耐紫外线、力学性能优异，使其成为大型风力发电机叶片的主导产品。
汽车 轻量化是新能源 汽车 的一个重点发展方向。陶瓷基复合材料的应用，使降低原材料成本、提高使用效率事半功倍。国外曾有学者研究：一辆整备质量1550kg的新能源电动车，车载动力电池450kg，一次充电续驶里程为186km。利用碳纤维复合材料使其轻量化后，整车减重至1011kg，减重幅度达34.8%，同样充一次电，续驶里程增至275.5km，增加了89.5km，提高了48.1%。如果维持一次充电续驶里程186km不变，则动力电池仅需250kg就能达到目标，电池质量可减少200kg，减少了44.4%，相应的电池成本也将下降44%，这是一个非常了不起的降本绩效。更令人兴奋的是，研究发现，减重后整备质量为805kg的新能源电动车（包括250kg电池），由于自重的降低，导致能耗大幅降低，其电池能量密度只要达到250Wh/kg，充一次电就能续驶里程450km，达到传统汽油发动机车辆加满汽油后能够行驶的里程数，这使得高性能电池的研究难度大大降低。（张宏毅）
责编：丁涛
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监审：韩凤凤
自蔓延是利用化学反应自身放热合成材料的一种技术，又被称为燃烧合成（Combustion Synthesis）。它的基本要素是1。利用化学反应放热，完全（或部分）不需要外热源；2。通过快速自动波燃烧的自维持反应得到所需成份和结构的产物；3。通过改变热的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成份及结构。
自蔓延是利用化学反应自身放热合成材料的一种技术，又被称为燃烧合成（Combustion Synthesis）。它的基本要素是1。利用化学反应放热，完全（或部分）不需要外热源；2。通过快速自动波燃烧的自维持反应得到所需成份和结构的产物；3。通过改变热的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成份及结构。
料浆浸渍和热压烧结法的基本原理是将具有可烧结性的基体原料粉末与连续纤维用浸渍工艺制成坯件，然后高温下加压烧结，使基体材料与纤维结合成复合材料 。
2、直接氧化沉积法
直接氧化沉积法
最早被用于制备A12O3／A1复合材料，后推广用于制备连续纤维增强氧化物陶瓷基复合材料。LANXIDE法工艺原理为：将连续纤维预成型坯件置于熔融金属上面，因毛细管作用，熔融金属向预成型体中渗透。由于熔融金属中含有少量添加剂，并处于空气或氧化气氛中，浸渍到纤维预成型体中的熔融金属与气相氧化剂反应形成氧化物基体，产生的氧化物沉积在纤维周围，形成含有少量残余金属的、致密的连续纤维增强陶瓷基复合材料。此种方法适用于制备以氧化铝为基体的陶瓷基复合材料，如SiC／A1203，在1200~C的抗弯强度为350MPa，断裂韧性为18 MPa·m1/2 ，室温时的抗弯强度为450 MPa，断裂韧性为21 M Pa·m1/2
3、溶胶-凝胶法
溶胶一凝胶法(Sol—ge1)
是用有机先驱体制成的溶胶浸渍纤维预制体，然后水解、缩聚，形成凝胶，凝胶经干燥和热解后形成复合材料。此工艺组分纯度高，分散性好，而且热解温度不高(低于1400~C)，溶胶易于润湿纤维，因此更利于制备连续纤维增强陶瓷基复合材料。该工艺缺点是：由于是用醇盐水解来制得基体，所以复合材料的致密性差，不经过多次浸渍很难达到致密化，且此工艺不适于部分非氧化物陶瓷基复合材料的制备。
由纤维增强陶瓷的陶瓷基复合材料既可保留陶瓷材料耐高温、高硬高强和耐磨蚀的性能，同时又克服了陶瓷的脆性，陶瓷基复合材料可满足1200℃～1900℃的使用条件。人造地球卫星、载人宇宙飞船等的发射成功，取决于称为“烧蚀材料“的陶瓷基复合材料，当宇宙飞行器从外层空间返回地球时，稠密的大气层是它的必经之地，高速的飞行速度使飞行器和空气之间产生强烈的摩擦，由此而放出的热量瞬间可高达8000℃～10000℃，”烧蚀材料”此时吸收大量的热烧掉自己的一部分，与些同时使周围的温度降低，以保证飞行器本体安然无恙。
陶瓷基复合材料除了用于航空航天部件，还可用于滑动构件、发动机部件和刀件具等。法国用长纤维增强碳化硅复合材料作为超高速列车的制动机，其优异的摩擦磨损特性是传统制动件无法相比的。
陶瓷基复合材料以优异的耐高温和耐磨损性能取胜于其他复合材料，但由于价格昂贵使其应用受到一定限制。
先进复合材料为航天航空事业做出了重大贡献，最新研究结果表明，在某些特种飞机上先进复合材料用量已占50%以上，美国最新生产的具有隐身功能的轰炸机B-2，其机体的结构材料几乎全是复合材料。当今先进复合材料已广泛扩展到其他领域，如用复合材料制成的箭，其箭杆重量减轻4%，命中率也大大提高。在汽车工业领域，用先进复合材料制成的制件代替同样性能的钢制件，可减重70%左右，而且在工艺上可一次成型，可用来制造汽车车体、受力构件、发动机架和内部构件。先进复合材料在化工、纺织业、医疗和精密仪器等领域也发挥着不可估量的作用。
先进复合材料的研究十分活跃，发展趋向有以下特点：由宏观复合向微观复合发展；由增强性的双元混杂向超混杂复合发展；由结构复合向多功能复合发展。复合材料除具有力学性能外，还有其他如电、磁、光等性能。
