[科普中國]-什么是陶瓷基復(fù)合材料？

經(jīng)過漫長的發(fā)展，現(xiàn)代陶瓷完成了在性能和結(jié)構(gòu)上的飛躍，在人們生活的方方面面扮演著重要的角色?，F(xiàn)代陶瓷材料耐高溫、硬度高、耐磨損、耐腐蝕、相對(duì)密度輕，這些優(yōu)良性能使它脫穎而出。但陶瓷的一大特性——脆性，又令陶瓷材料的使用受到限制。在這樣的背景下，陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。

什么是陶瓷基復(fù)合材料？

陶瓷基復(fù)合材料是一種是有陶瓷成分的復(fù)合材料。瓷基復(fù)合材料可以由任何一種陶瓷成分來構(gòu)成，一般碳和碳纖維也被認(rèn)為是陶瓷基復(fù)合材料。陶瓷基復(fù)合材料又稱為多相復(fù)合陶瓷或復(fù)相陶瓷，這一名稱指出了從陶瓷基體到陶瓷基復(fù)合材料的秘訣，即在陶瓷基體中引入第二相材料，使之增強(qiáng)、增韌。為了實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變，需要考慮的問題很多，比如在多相復(fù)合陶瓷的研究中，首先必須考慮的是兩個(gè)或兩個(gè)以上的相之間在化學(xué)上的相容性（在制造和使用溫度下，纖維與基體兩者不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)及不引起性能退化）及物理上的相容性（兩者的熱膨脹和彈性匹配，通常希望使纖維的熱膨脹系數(shù)和彈性模量高于基體）。為了得到可信的數(shù)據(jù)，不僅要通過熱力學(xué)計(jì)算粗略估計(jì)，還必須通過實(shí)驗(yàn)來反復(fù)驗(yàn)證。

陶瓷基復(fù)合材料是如何分類的？

陶瓷基復(fù)合材料是一個(gè)龐大的家族，依照不同的標(biāo)準(zhǔn)，我們可以將其劃分為不同的類型。如按材料作用分類，可以分為用于制造各種受力零部件的結(jié)構(gòu)瓷基復(fù)合材料，以及具有各種特殊性能的功能陶瓷基復(fù)合材料。目前，實(shí)現(xiàn)陶瓷基復(fù)合材料強(qiáng)韌化的途徑有顆粒彌散、纖維增強(qiáng)等。因此按照增強(qiáng)材料又有顆粒增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料、纖維(晶須)增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料、片材增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料。一般情況下，用做瓷基復(fù)合材料的基體主要包括氧化物瓷、非氧化物瓷，微品玻璃和碳。以此為分類標(biāo)準(zhǔn)，又能分出如氧化物陶瓷基復(fù)合材料、非氧化物周瓷基復(fù)合材料、微品玻璃基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料。

陶瓷基復(fù)合材料有哪些應(yīng)用？

陶瓷基復(fù)合材料以優(yōu)異的耐高溫和耐磨損性能取勝于其他復(fù)合材料，為航天航空事業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)。人造地球衛(wèi)星、載人宇宙飛船等的發(fā)射成功，就離不開被稱為“燒蝕材料”的陶瓷基復(fù)合材料，它可以在1200℃至1900℃的條件下使用。所以即使當(dāng)宇宙飛行器從外層空間返回地球，和大氣層產(chǎn)生劇烈摩擦，放出驚人熱量的時(shí)候，“燒蝕材料”也能保護(hù)飛行器本體。

除了用于航空航天部件，陶瓷基復(fù)合材料還可用于滑動(dòng)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)部件和刀件具等。在汽車工業(yè)領(lǐng)域，先進(jìn)復(fù)合材料制成的制件可以代替同樣性能的鋼制件，而且比原本的鋼制件減重70％左右，工藝上亦可一次成型。此外，先進(jìn)復(fù)合材料在化工、紡織業(yè)、醫(yī)療和精密儀器等領(lǐng)域也發(fā)揮著不可估量的作用。

目前針對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料的研究十分活躍，正由宏觀復(fù)合向微觀復(fù)合發(fā)展，由増強(qiáng)性的雙元混雜向超混雜復(fù)合發(fā)展，由結(jié)構(gòu)復(fù)合向多功能復(fù)合發(fā)展。

本文由北京市第六十五中學(xué)一級(jí)教師胡曉艷進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)。

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