连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨.pdf

连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨MatrixDevelopmentCeramicCompositesDiscussionStrategiesofSustainingContinuousFiberReinforced1应用领域与战略需求成来飞1．1连续纤维增韧陶瓷基复合材料根据增韧方式的不同，陶瓷基复合材料分为颗粒、晶须、层状和连续纤维增韧陶瓷基复合材料。四种陶瓷基复合材料的强度和断裂韧性依次增加。其中前两种复合材料具有各向同性，后两种复合材料具有各向异性。连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CMC)可以从根本上克服陶瓷脆性，是陶瓷基复合材料发展的主流方向。根据复合材料组成不同，连续纤维增韧陶瓷基复合材料分为玻璃、氧化物和非氧化物基复合材料，工作温度依次提高。玻璃基复合材料、氧化物基复合材料和非氧化物基复合材料分别具有低成本、抗氧化和高性能张立同西北工业大学，陕西西安710072摘要：连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CMC)是航空航天等高科技领域发展不可缺少的材料，其中又以连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CMC—SiC)的研究最多、应用最为成功和广泛。本文以CMC—SiC为例，介绍了此类先进复合材料的应用领域及战略需求，详细分析了国内外的应用研究现状及发展趋势，并就我国在此研究领域内所面临的机遇与挑战进行了阐述，对我国持续发展更长寿命、更高温度和结构功能一体化新型陶瓷基复合材料提出了战略指导意见。关键词：陶瓷基复合材料可持续发展onZhangLaifeiChengcomposites(CMC)arecomposites(CMC—SiC)have作者简介：张立同(1938年生)，女，西北工业大学材料学院教授，博士生导师，中国工程院院士，国家自然科学基金委员会学科评价组成员。1989—1991年在美国NASALouis研究中心从事客座教授研究工作。在高温合金和铝合金无余量熔模铸造工艺理论和制造技术、特种高温陶瓷、航空航天结构陶瓷及其复合材料等方面进行了开创性研究。先后获国家科技发明一等奖1项，国家科技进步一、二、三等奖4项，省部级二等奖9项。15LitongNorthwestemPolytechnicalUniversity，Xi’anShaanxi，710072Abstract：Continuousfiber—reinforcedprovedbematerialsdevelopmentfields。suchandon．Amongthesematerials．continuoussiliconcarbideceramicbeendeeplywidelydeveloped．Asexample，applicationfieldsneedCMC—SiCintroducedthepaper．ResearchbendCMC—SiCalsoanalyzeddetail．Atchallengesfacedbydomesticthisresearchfieldexpatiatedguidancesustainingadvancedwithlongerresistancestructural—functionalforward．Keymatrixmostattractiveinhigh—techaeronautics，astronauticscompositeresearchedstrategicpresentwerelast，opportunitiesresearcherscompositeslife，highertemperatureintegrationwasputwords：ceramiccomposites；sustainingto80anstatusas
的优点。连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CMC—SiC)是目前研究最多、应用最成功和最广泛的陶瓷基复合材料，是航空航天等高科技领域发展不可缺少的材料。CMC—SiC的特点CMC—SiC具有材料结构一体化和多尺度的结构特征，通过各结构单元的优化设计，产生协同效应，以达到高性能和各性能的合理匹配。纤维单丝表面的均匀纳米尺度界面层是实现复合材料强韧化的关键，构成连续纤维增韧陶瓷基复合材料特有的力学性能特征，使CMC—SiC具有类似金属的断裂行为(图1)，对裂纹不敏感，不发生灾难性损毁。CMC—SiC的高温力学性能优异，氧化物的抗环境腐蚀性能更好。因此，SiC是耐高温CMC基体的基本组元，氧化物是长寿命CMC—SiC的抗环境涂层(EBC)的基本组元。CMC—SiC的应用领域连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料主要包括碳纤维和碳化硅纤维增韧碳化硅(C／SiC、SiC／SiC)两种。其密度分别为难熔金属和高温合金的1／10和1／4，比C／C具有更好的抗氧化性、抗烧蚀性和力学性能，覆盖的使用温度和寿