克服陶瓷脆性-陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料

陶瓷材料强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、高温下抗磨损性好、耐化学腐蚀性优良，热膨胀系数和相对密度较小，这些优异的性能是常见金属材料、高分子材料及其复合材料所不具备的。但它同时也有致命的弱点，即脆性。所以，制备陶瓷基复合材料的主要目的之一是改善陶瓷的脆性，提高其韧性。陶瓷基复合材料的发展速度远不如聚合物基和金属基复合材料那么快，制约因素主要有两个:一是高温增强材料出现较晚，比如高强度、高模量、低成本碳纤维出现于20世纪70年代初期，性能优异的SiC晶须和纤维是70年代末期开发的;二是陶瓷基复合材料的制备和使用过程都涉及到高温，制备工艺较为苛刻，同时陶瓷基体与大多数增强材料的热膨胀系数不匹配，在制备及使用过程中易产生热应力，导致复合材料性能下降。此外，陶瓷基复合材料的制备成本昂贵，也阻碍了它的发展。

陶瓷基复合材料是一个庞大的家族，依照不同的标准，我们可以将其划分为不同的类型。如按材料作用分类，可以分为用于制造各种受力零部件的结构瓷基复合材料，以及具有各种特殊性能的功能陶瓷基复合材料。目前，实现陶瓷基复合材料强韧化的途径有颗粒弥散、纤维增强等。因此按照增强材料又有颗粒增强陶瓷复合材料、纤维(晶须)增强陶瓷基复合材料、片材增强陶瓷复合材料。一般情况下，用做瓷基复合材料的基体主要包括氧化物瓷、非氧化物瓷，微品玻璃和碳。以此为分类标准，又能分出如氧化物陶瓷基复合材料、非氧化物周瓷基复合材料、微品玻璃基复合材料、碳/碳复合材料。

陶瓷基复合材料以优异的耐高温和耐磨损性能取胜于其他复合材料，为航天航空事业做出了重大贡献。人造地球卫星、载人宇宙飞船等的发射成功，就离不开被称为“烧蚀材料”的陶瓷基复合材料，它可以在1200℃至1900℃的条件下使用。所以即使当宇宙飞行器从外层空间返回地球，和大气层产生剧烈摩擦，放出惊人热量的时候，“烧蚀材料”也能保护飞行器本体。