陶瓷基复合材料论文正稿 下载本文

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的优良特性,碳纤维增强基体的复合摩擦材料在航空航天工业中得到了广泛应用。航天飞机轨道的鼻锥和机翼前缘材料,都会选用碳/碳复合材料。另外还大量用作高超音速飞机的刹车片,目前,国际上大多数军用和民用干线飞机采均用碳纤维增强基体的复合材料刹车副。这种刹车副不仅质量轻、抗热冲击性好、摩擦系数稳定、使用寿命长,更为方便的是可设计性强,性能便于调节。还可制作发热元件和机械紧固件、涡轮发动机叶片和内燃机活塞等。 4. 我国碳纤维复合材料发展现状

现代的碳纤维是以聚丙烯腈、人造丝或木质素为原丝,将有机纤维跟塑料树脂结合在一起高温分解并且碳化后得到的,还不能直接用碳或石墨来制取。

据了解,目前全球碳纤维产能约3.5万吨,我国市场年需求量6500吨左右, 属于碳纤维消费大国。在以“高性能聚丙烯腈碳纤维制备的基础科学问题”为主题的第335次香山科学会议上,会议执行主席、国家自然科学基金委员会师昌绪院士指出,与国外技术相比,我国碳纤维领域还存在较大差距。2007年,我国碳纤维产能仅200吨左右,而且主要是低性能产品。由于缺少具有自主知识产权的技术支撑,目前国内企业尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。这就使得我国碳纤维在质量、技术和生产规模等方面均与国外存在很大差距,绝大部分高性能增强材料都长期依赖进口,价格非常昂贵。由于缺乏创新与集成和应用领域的拓展, 极大地制约了我国碳纤维复合材料工业的发展。

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基于我国高性能碳纤维复合材料产业尚不能满足国民经济快速、健康、持续发展的需求,国家发展改革委2008~2009 年组织实施高性能纤维复合材料高技术产业化专项,重点支持碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯纤维及其高性能复合材料的生产技术及关键装备的产业化示范,以满足国民经济以及航空航天等高技术产业发展的需求,培育一批具有国际竞争力的龙头企业。这一举措将为我国从材料大国转变为材料强国奠定坚实的基础。今年5月,由鹰游纺机自主研发的碳纤维生产线和神鹰碳纤维项目通过国家级验收,标志着我国碳纤维生产已成功实现国产化和产业化。

四、陶瓷基复合材料的发展前景

陶瓷材料是一种本质脆性材料,在制备、机械加工以及使用过程中,容易产生一些内在和外在缺陷,从而导致陶瓷材料灾难性破坏,严重限制了陶瓷材料应用的广度和深度,因此提高陶瓷材料的韧性成为影响陶瓷材料在高技术领域中应用的关键。

近年来,受自然界高性能生物材料的启发,材料界提出了模仿生物材料结构制备高韧性陶瓷材料的思路。1990年Clegg等创造性材料制备的Sic薄片与石墨片层交替叠层结构复合材料与常规SiC陶瓷材料相比,其断裂韧性和断裂功提高了几倍甚至几十倍,成功地实现了仿贝壳珍珠层的宏观结构增韧。

国内外科研人员在陶瓷基层状复合材料力学性能方面进行了大

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量的试验研究,取得了很大进展。

陶瓷基层状复合材料力学性能优劣关键在于界面层材料,能够应用在高温环境下,抗氧化的界面层材料还有待进一步开发;此外,在应用C、BN等弱力学性能的材料作为界面层时,虽然能够得到综合性能优异的层状复合材料,但是基体层与界面层之间结合强度低的问题也有待进一步解决。

陶瓷基层状复合材料的制备工艺具有简便易行、易于推广、周期短而廉价的优点,可以应用于制备大的或形状复杂的陶瓷部件。这种层状结构还能够与其它增韧机制相结合,形成不同尺度多级增韧机制协同作用,实现了简单成分多重结构复合,从本质上突破了复杂成分简单复合的旧思路。这种新的工艺思路是对陶瓷基复合材料制备工艺的重大突破,将为陶瓷基复合材料的应用开辟广阔前景。

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