连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨 (1).pdf

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妣砌么砒∞‰伽加删叻‰∞连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨复舍材料学报张立同+，成来飞1应用领域与战略需求构特征，通过各结构单元的优化设计，产生协同效developmentceramicmatrixcomposites1．1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基、氧化物基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，氧化物的抗环境第24卷第2期4月2007年文章编号：1000—3851(2007)02—0001—06摘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，连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CMC—SiC)是研究最多、应用最成功的一种。本文作者以CMC—SiC为例，介绍了该材料的战略需求与应用领域，详细分析了国内外的应用研究现状及发展趋势，并对我国陶瓷基复合材料面II缶的机遇与挑战，以及发展战略进行了探讨。关键词：陶瓷基复合材料；可持续发展中图分类号：TB332文献标识码：ADiscussionstrategiesofsustainablecontinuousfiberreinforcedMaterials，Northwesterncomposites(CMC)are(西北工业大学超高温结构复合材料国防科技重点实验室，西安710072)要：ZHANGLitong’，CHENGLaifei(NationalThermostructureComposite710072，China)fibe卜reinforcedfields，suchmaterials．continuouscomposites(CMC—SiC)haveCMC—SiCdomesticcomposites；sustainable1．2收稿日期：2006—10-27；收修改稿日期：2006—12—14通讯作者：张立同，教授，中国工程院院士，博士生导师，主要从事新型陶瓷基复合材料设计制备与应用研究E—mail：[e-mail]01．24No．2April2007onKeyLaboratoryPolytechnicalUniversity，Xi’anAbstract：Continuousprovedbethemostattractivemate—rialsinhigh—techaeronautics，astronauticsandon．Amongthesecompositefiber—reinforcedsiliconcarbidebeendeeplyresearchedwidelydeveloped．Asexample，thestrategicneedsapplicationfieldswereintro—ducedpresentpaper，andresearchtrendalsoanalyzeddetail．Atlast，theopportunitieschallengesfacedbyresearchersthisfielddiscussed，welladvancedcomposites．Keywords：tOstatusasSOan
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复舍材料学提基本组元，氧化物是长寿命CMC—SiC的抗环境涂于新一代战斗机刹车系统，也可用于高速列车、赛定性的难题。CMC—SiC的应用研究现状与发展趋势腐蚀性能更好。因此，SiC是耐高温CMC基体的层(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命范围宽，