克服陶瓷脆性-陶瓷基復合材料

陶瓷基復合材料

陶瓷材料強度高、硬度大、耐高溫、抗氧化、高溫下抗磨損性好、耐化學腐蝕性優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)和相對密度較小，這些優(yōu)異的性能是常見金屬材料、高分子材料及其復合材料所不具備的。但它同時也有致命的弱點，即脆性。所以，制備陶瓷基復合材料的主要目的之一是改善陶瓷的脆性，提高其韌性。陶瓷基復合材料的發(fā)展速度遠不如聚合物基和金屬基復合材料那么快，制約因素主要有兩個:一是高溫增強材料出現(xiàn)較晚，比如高強度、高模量、低成本碳纖維出現(xiàn)于20世紀70年代初期，性能優(yōu)異的SiC晶須和纖維是70年代末期開發(fā)的;二是陶瓷基復合材料的制備和使用過程都涉及到高溫，制備工藝較為苛刻，同時陶瓷基體與大多數(shù)增強材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，在制備及使用過程中易產(chǎn)生熱應(yīng)力，導致復合材料性能下降。此外，陶瓷基復合材料的制備成本昂貴，也阻礙了它的發(fā)展。

陶瓷基復合材料是一個龐大的家族，依照不同的標準，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)瓷基復合材料，以及具有各種特殊性能的功能陶瓷基復合材料。目前，實現(xiàn)陶瓷基復合材料強韌化的途徑有顆粒彌散、纖維增強等。因此按照增強材料又有顆粒增強陶瓷復合材料、纖維(晶須)增強陶瓷基復合材料、片材增強陶瓷復合材料。一般情況下，用做瓷基復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。以此為分類標準，又能分出如氧化物陶瓷基復合材料、非氧化物周瓷基復合材料、微品玻璃基復合材料、碳/碳復合材料。

陶瓷基復合材料以優(yōu)異的耐高溫和耐磨損性能取勝于其他復合材料，為航天航空事業(yè)做出了重大貢獻。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”的陶瓷基復合材料，它可以在1200℃至1900℃的條件下使用。所以即使當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，放出驚人熱量的時候，“燒蝕材料”也能保護飛行器本體。