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材料导报

陶瓷纤维及其陶瓷基复合材料

才才苏波

国防科技大学

摘要介绍了连续陶瓷纤维及其陶瓷基复合材料在近年的研究进展,重点评
述了陶瓷纤维以及陶瓷墓复合材料制备工艺的研究现状,并对连续纤维陶瓷基复合
材料的前景进行了展望。
关键词陶瓷纤维复合材料陶瓷基进展

比、。

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陶瓷材料具有高强、高模、耐高温、耐腐表几种碳化硅陶瓷材料的力学性能

、,
,
蚀高硬度等特点但陶瓷的致命弱点脆材料一厂
,。—,
性阻碍了它的进一步应用和发展近年来弯曲强度
材料科学家们出了大量精力,致力干陶瓷、

,、断裂韧性
增韧改性的工作通过控制晶粒相变韧化阳
·忽
与晶须纤维复合制备成陶瓷基复合材料,
以。的
协是用提高陶瓷材料韧性的几类基本方法陶瓷纤维方面进展
从目前的研究报道来看,采用氧化错相变增
表列出了目前已工业化的四类用于陶

韧的陶瓷在高温以上时会失去相变。
瓷基复合材料的增强纤维
增韧的作用,颗和晶须增韧陶瓷的效目
粒果第一类为氧化铝系列包括莫来石纤
,
前仍比较有限见表而连续纤维陶瓷基维。这类纤维的高温抗氧化性能优良,有可能

,
复合材料其独特的增韧机理能大幅用于以上的高温场合,但目前乍为

,,
度地提高陶瓷材料的断裂韧性倍受青睐尤的增强纤维材料主要存在两个问题,一
其是近年来在陶瓷增强纤维及陶瓷基复合材是高温下晶体相变、粗化及玻璃相蠕变,导致
料制备工艺方向的进展,使其具有广阔的应纤维的高温强度下降二是在芍温成型租使
用前景。用过程中,氧化物纤维易与陶瓷基体尤其是
氧化物陶瓷形成强结合的界面,导致
材抖导报,塑

表增强材料的性能
纤维类型品种厂家纤维组成密度强度模量直径

‘协

氧杜邦写一一,
铝杜邦
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碳万卜入芯表面涂层
硅芯表面涂层
维化芯
日本碳素公司一一,
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氮卜亚燃料工业公司日’一一
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纤维〔,
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碳纤维‘
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的脆性破坏,从而丧失了纤维的增韧作用。先驱体碳化硅纤维同样的问题,因而性能与
第二类为碳化硅系列纤维。它有两种类先驱体碳硅纤维相近。
型一种是由化学气相沉积法制备的第四类为碳纤维。碳纤维已有三十余年
纤维,这种纤维的高温性能好,但由于直的发展历史,它是目前开发最成熟,性能最好
径太粗、,不利于成型复杂形状的的纤维之一,已被广泛用作复合材料的增强
构件,且价格昂贵,因而应用受到限制。纤维,其高温性能也非常突出,在惰性气氛
另一种是由有机聚合物先驱体转化法制备的中,在以上保持强度不下降,是目前
纤维。这种纤维的典型例子是由日本碳增强纤维中高温性能最佳的一种纤维,但是,
公司和字部公司生产的和其最大的弱点是高温抗氧化性能差,在
纤维,美国的公司最近也有少空气中以上即出现氧化失重和强度下

。。勺
量的这种纤维出售这种纤维的一个共同特降如能解决这个问题如采取纤维表面
点,就是在纤维中不同程度地含有氧和游离涂层,碳纤维仍不失为代的最佳候选材
碳杂质,导致其高温性能受到影响,虽然厂家料。
宣称能用于甚至的场合,但实由此可见,尽管近年来在陶瓷增强纤维
际测试发现,这类纤维在温度下即出的研究上取得了一些进展,但仍不能满足目
现较大的强度下降。前陶瓷基夏合材料的成型与性能要求,迄今
第三类为氮化硅系列纤维。它实际上是尚没有,种理想的工业化的耐高温
由、、、红成的夏市陶瓷纤维,最近已、抗氧化陶瓷增强纤维,因此这一须
见有少量商品出售。这类纤维也是由有机聚域一直成为各国研究的热点。值得指出的是,
合物先驱体转化法制备的,目前也存在着与由有机聚合物先驱体转化法制备耐高温陶瓷
,阴材料导报

纤维的工作目前正越来越受到重视。除了上量,如果用一的辐射交联或其它不引入氧
述碳化硅和氮化硅系列纤维外,目前正在开的交联方式②在先驱体中引入其它元素如
发的还有氮化硼、碳化钦、碳化硼等复相陶瓷、,形成复相陶瓷,抑制陶瓷纤维在高温
纤维表针对这类纤维目前所存在的问下的晶粒长大③在纤维制备过程中引入助
题,材料科学家们正在探索改善纤维高温性烧结剂,促进纤维的致密化。
能的途径。主要措施有①减少纤维中的氧含
、
表有机聚合物先驱体转化法制备陶瓷纤维的状况

组成先驱体厂家现状备注

一一万日本碳素公司商品化含有游离碳和氧原子

一日本碳素公司计划商品化辐射交联、低氧含量、耐温

卜美伪厂入正在开发耐温

一一美沸罗里达大学正在开发低试含量

一一一日本宇部商品化含下,、耐温

一一一美商品化非晶态

一一一美商品化非晶态

一一一书法一一商品化非晶态

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诊卜只弓东亚燃料工业公司日商品化非晶态
一巧东亚燃料工业公司旧计划商品化性能改善
一京都工学院日计商品化性能改善

连续纤维陶瓷基复合材料的