耐高温纤维增强陶瓷基复合材料.pdf

1989年6月固体火箭技术第二期

耐高温纤维增强陶瓷基
复合材料

王晓君刘凤荣唐羽章
(国防科技大学五系)

文摘本文综述了国外陶瓷纤维和基体的发展状况,并对纤维增强的陶瓷基复

、
合材料的力学性能进行了介绍,描述了陶瓷基复合材料在航空航天工业方面的应用
前景。最后针对我国的研究现状,作者提出了加强纤维增强陶瓷基复合材料研究工作
的几点建议.
主题词陶瓷复合材料纤维增强复合材料耐高温纤维碳纤维力学性能
陶瓷纤维

.
日!飞兰
、JI刁
_「

,、
纤维增强陶瓷基复合材料具有较好的耐腐蚀性和耐高温性能它作为一种耐高温高
强度的功能化材料可望用于各种尖端技术领域.在航空、航天工业中,陶瓷基复合材料可

、、.,
用作喷气发动机零件绝缘隔热反射和吸收雷达波等方面的结构和功能材料例如法

,
国“使神号”航天飞机的鼻锥帽和机翼前缘均采用SIC纤维增强siC陶瓷复合材料各国
航天飞机上用的防热瓦也都是采用各种纤维增强的陶瓷基复合材料〔如Al尹3纤维

.,.
/sic)人们预料陶瓷基复合材料将是支撑本世纪九十年代尖端工业的最佳材料
本文对国外目前陶瓷基复合材料所用的增强纤维、基体及复合材料的力学性能进行了
评述,以期为我国的研究工作提供借鉴.

、
二纤维

,
目前已商品化的和研制中的增强陶瓷所用的纤维主要是晶须和连续纤维本文重点介
绍连续纤维.

.,
陶瓷纤维的发展历史还不到十年时间1979年杜邦公司研制的由纯二一Al夕3(’)组

,、,.
成的FP纤维已商品化该纤维具有杨氏模量高脆性大不易纺丝等特点80年代

,.
初日本碳公司研制出新型的NlcALoN(siC)陶瓷纤维ºNICALON纤维由聚碳硅

,,。
烷先驱丝热解制得其主要组成是70%的卜siC其余为510:和游离碳NICALON纤
维与许多基体,尤其是与氧化物基休复合时,可形成一富碳界面层.而此柔性层可使复

.,,
合材料的韧性增大美国Prcw。曾报道〔,,用sic纤维增强的碳酸锉铝玻璃可在2

.
~700℃的温度范围内具有优越的弯曲性能(60℃时达soMP,a)这就是韧性增大的一例

.
电弧加热试验证明,NIcALoN纤维很有希望用作航天飞机高温区域的防热材料〔3,目

一102一
前已商品化的陶瓷纤维如表1所示。
表1已商品化的陶瓷纤维

制造商名称组成(wt%)拉伸强度拉仲模量密度直径
(MPa)(GPa)(g/em,)伽m)

.
AVCOSCSse6碳棒上沉积SIC392040630143

一
3MNCXtel31262A120,:14B尹,;245102175015427ll

一
杜邦FP>99rAlzQ,>!403853920

一
SUmitomo85AIJo书155102180~2600210~250329~17

,,一
日本碳公司NICALON59513lCl0()2520~3290182~21025510~20

注:力学性能是在室温下测试的.

氧化物纤维由于易与很多陶瓷基体形成很强的化学键合,从而限制了它的使用范围.

,,.
然而随着各种改善界面性能的涂层出现大大扩展了这些纤维的用途据报道、铂本已
.
研制出可在180℃下使用的氧化铝纤维陶瓷航天飞机防热瓦〔”表1列出的纤维没有一

,’,
种能在高温(>1200℃)下长期使用其绝大多数在100℃时性能就开始发生变化如

,,
NICALON纤维在高温时纤维发生蠕变纤维中的氧和游离碳发生化学反应使其性能

,,,.
降低帕为了满足对防热材料的要求国外已研制出一些新型纤维如表2所示

.
表2新型陶瓷纤维

制造商牌号组成(wt%)拉仲强度拉仲模量密度直径
(MPa)(GPa)(g/em,)(户m)

,,,..
Ub七Tyrano51TiC0>2970>20023~258~10
AvCOSisC>280280~3156~10

一
nr八in。s,,
pw‘
‘、,,吕.J.PDZ47Si30C1580l750e2l175~210.23.10els
~m~0M,,N0()
~MPS695130C101050~1400175~21026一2710els
,,.
/HPZ595‘10C28N30210~2450140一175235l0

CelaDeSC

,.
3MNextel44070A120328510办ZBzO32l0()18930510~12

.
Nextel48070A120,28510办2B20,227522430510elZ

.
杜邦PRD一166Al夕,15一25Zr022100~24503854220

份所有的数据均是制造商提供的,力学性能是在高温下测试的.

一103一
,,
Tyrann。纤维是一种含钦碳化硅