连续纤维增强陶瓷基复合材料概述

八十年代以来 ,连续纤维增强陶瓷基复合材料以其优异的性能特别是高韧性 ,得到世界各国的极大关注和高度重视 ,并取得令人瞩目的发展。纤维增强陶瓷基复合材料已开始在航空、航天、国防等领域得到应用。本文从复合材料的增韧机制、制备方法、界面特性和界面改性以及应用等方面综述了国内外有关连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究现状     

连续纤维补强增韧碳化硅基陶瓷复合材料研究进展

连续纤维补强增韧碳化硅基陶瓷复合材料具有密度低、强度和韧性高、抗氧化、耐高温等综合性能,已在国外宇航领域得到了广泛的应用.综述了国内外连续纤维补强增韧C/SiC陶瓷复合材料的研究进展,主要包括国内外在增韧机理、基体复合技术、界面技术以及应用等方面的研究进展情况.     

连续纤维增强SiCf/SiC陶瓷复合材料的发展

连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能、抗氧化性和化学稳定性，是航空航天和核能等领域新的高温结构材料研究的热点之一。回顾了增强体连续SiC纤维的发展，综述了SiCf／SiC材料的成型制备工艺、界面相对力学性能的影响和目前的应用研究，展望了连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景。     

碳纤维增韧陶瓷基复合材料界面的研究

综述了纤维增韧陶瓷基复合材料界面的研究现状，分析了现有的界面相的结构、界面结合类型和界面结合的机理，对碳纤维制备界面涂层方法进行了归纳总结，分析了目前碳纤维增韧陶瓷基复合材料界面材料的功能和要求，指出了今后碳纤维增韧陶瓷基复合材料界面材料发展的研究方向。     

纤维增强热塑性树脂基复合材料界面研究进展

纤维增强热塑性树脂基复合材料具有优良的耐化学药品性、生产周期短、可二次加工等特点,克服了热固性树脂基复合材料韧性差,断裂延伸率低,易发生早期应力开裂等缺点,可在使用环境苛刻,承载能力要求高的场合得到应用.本文从复合材料界面设计思想入手,评述了纤维/热塑性复合材料界面的最新研究进展,并结合剪滞法对微复合材料的界面测试方法进行了分析讨论.     

金属和陶瓷界面对复合材料特性的影响

对粉末冶金，挤压铸造和液相铸造工艺制备的各种陶瓷增强铝基，钛基复合材料中金属和陶瓷的界面特性，显微结构，界面对复合材料力性能的影响进行了初步的探讨。研究结果指出，金属和陶瓷界面存在机械结合和反应结合的不同特性，并在受载破坏时表现出不同的断裂形貌，复合材料界面上存在析出相割裂了陶瓷增强相与基体界面的联系，降低了界面结合强度，陶瓷增强相表面的物理、化学状态及基体的化学成分对金属基复合材料的特性具有重要     

金属和陶瓷界面对复合材料特性的影响

对粉末冶金、挤压铸造和液相铸造工艺制备的各种陶瓷增强铝基、钛基复合材料中金属和陶瓷的界面特性、显微结构、界面对复合材料力学性能的影响进行了初步的探讨。研究结果指出，金属和陶瓷界面存在机械结合和反应结合的不同特性，并在受载破坏时表现出不同的断裂形貌。复合材料界面上存在析出相割裂了陶瓷增强相与基体界面的联系，降低了界面结合强度，陶瓷增强相表面的物理、化学状态及基体的化学成分对金属基复合材料的特性具有重要影响。     

纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料高导热性能研究进展

作为一种先进的高温结构及功能材料,高效传热和高温耐热相结合对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(silicon carbide matrix composites, SiC CMC)在热管理领域(thermal management, TM)中的应用至关重要。常见的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,如碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_f/SiC或C_f/C-SiC)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)等,增强纤维的石墨化程度较低,难以形成有效的热输运网络。本文综述了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备及高导热性能等方面的最新研究进展。可通过引入高导热相、优化界面结构、粗粒化碳化硅晶体、设计预制体结构等方式提高纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的热输运能力。此外,展望了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料发展趋势,即综合考虑影响高导热碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、性能优异的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。     

纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料高导热性能研究进展EI北大核心

作为一种先进的高温结构及功能材料,高效传热和高温耐热相结合对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(silicon carbide matrix composites,SiC CMC)在热管理领域(thermal management,TM)中的应用至关重要。常见的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,如碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC或C_(f)/C-SiC)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)等,增强纤维的石墨化程度较低,难以形成有效的热输运网络。本文综述了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备及高导热性能等方面的最新研究进展。可通过引入高导热相、优化界面结构、粗粒化碳化硅晶体、设计预制体结构等方式提高纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的热输运能力。此外,展望了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料发展趋势,即综合考虑影响高导热碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、性能优异的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。     

SiC纤维增强钛合金基复合材料界面热稳定性研究

本文利用扫描电镜和能谱分析手段，对连续SiC纤维增强钛合金基复合材料的界面热稳定性和界面反应机制进行了分析和研究。     

连续纤维增强钛铝金属间化合物基复合材料的研究进展

综合论述了连续纤维增强钛铝金属间化合物基复合材料的进展情况,介绍了复合材料在发动机等航空航天领域应用的优势,总结归纳了基体的特性、常用纤维增强体、复合材料的力学性能、界面问题和制备技术.在此基础之上提出了今后的发展方向.     

界面脱粘对正交铺设SiC/CAS复合材料基体开裂的影响

采用细观力学方法研究了正交铺设SiC/CAS复合材料在单轴拉伸载荷作用下界面脱粘对基体开裂的影响。采用断裂力学界面脱粘准则确定了0°铺层纤维/基体界面脱粘长度, 结合能量平衡法得到了主裂纹且纤维/基体界面发生脱粘(即模式3)和次裂纹且纤维/基体界面发生脱粘(即模式5)的临界开裂应力, 讨论了纤维/基体界面剪应力、 界面脱粘能对基体开裂应力的影响。结果表明, 模式3和模式5的基体开裂应力随纤维/基体界面剪应力、 界面脱粘能的增加而增加。将这一结果与Chiang考虑界面脱粘对单向纤维增强陶瓷基复合材料初始基体开裂影响的试验研究结果进行对比表明, 该变化趋势与单向SiC增强玻璃陶瓷基复合材料的试验研究结果一致。     

连续碳化硅纤维增强钛基(SiCf/Ti)复合材料的制备技术及界面特性研究综述

连续碳化硅纤维(SiCf)由于具有比强度、比模量高,耐磨性、热稳定性好等性能优点,常作为增强体制备SiC纤维增强钛基复合材料。与钛合金基体相比,其具有密度更低、强度更高、疲劳蠕变性能大幅提升等优点,但横向性能却明显下降。因此,该类材料常被设计制作成单向增强性部件,广泛应用在航空航天等领域,如发动机的传动轴、整体叶环、盘类及风扇叶片等多种复合材料的结构件。碳化硅纤维增强钛基复合材料的性能主要由碳化硅纤维的性能、基体性能及纤维与基体之间的结合界面性能决定。目前批量生产的SiC纤维性能较差,界面结合状态与复合材料性能之间关系的研究开展较少,还不能为钛基复合材料构件设计提供足够的数据支持。因此,近年来研究者们主要从SiCf/Ti基复合材料力学行为的研究角度出发,探究不同基体及纤维类型、复合材料制备工艺方法、界面特性及产物对SiCf/Ti基复合材料界面结合力及破坏机制的影响,获得了大量有价值的数据,以期开发出成本低、产物稳定性好、可批量生产SiCf/Ti基复合材料的制造工艺方法。目前较为成熟的碳化硅纤维有英国DERA-Sigma公司提供的Sigma系列SiCf及美国Textron公司提供的SCS系列SiCf,后者强度最高达到6 200 MPa。SiCf/Ti基复合材料的制备工艺包括金属箔-纤维-金属箔工艺(FFF)、单层带工艺(MT)、基体-涂层纤维工艺(MCT)等,制备复合材料的工艺根据零部件的用途来定,FFF适用于制备板材等大尺寸构件,MCT适用于制备叶环、轴、管、叶片等复杂结构件。界面是增强体与基体之间的纽带和桥梁,界面结构设计、界面反应控制及反应产物均影响着界面的力学特性。在SiCf/Ti基复合材料的纤维和基体之间添加过渡层能够减缓它们之间的相互扩散及化学反应,过渡层选用反应层和惰性涂层组成的双层涂层较好。界面反应产物受涂层成分、基体组织、复合和热处理工艺、环境因素等的影响,增强纤维及基体性能、优选制备工艺、控制界面反应及产物有利于提高复合材料的力学性能。本文总结了连续SiC纤维(SiCf)增强钛基复合材料的应用研究现状,详述了SiCf/Ti基复合材料的钛合金基体材料、SiCf的种类及性能,SiCf与SiCf/Ti基复合材料的制备方法,分析了SiCf/Ti基复合材料界面结构设计及反应产物,阐明了界面力学特性与复合材料性能的关系,指出国内SiCf/Ti基复合材料发展的重点应放在高性能SiC纤维的研究与开发、界面层设计及界面与性能的关系以及复合材料分析检测手段三个方面,为SiCf/Ti基复合材料的制备及其今后的实际应用提供了参考。     

非连续增强钛基复合材料研究新进展

非连续增强钛基复合材料由于具有各向同性、比强度高、优良的高温强度、成本较低等特点而受到高度关注。TiC及TiB增强颗粒以其稳定的复合结构、良好的增强效果得到发展,成为非连续增强钛基复合材料的最终优选增强剂。从制备方法、增强体与基体的界面结构及复合材料的性能等方面概述了非连续增强钛基复合材料的最新研究进展。     

纤维增强聚合物基复合材料界面问题的研究现状与前景

纤维增强聚合物基复合材料是一类性能优越、应用广泛的结构材料,制约其发展的基本问题是界面问题.总结了近10年来在纤维增强聚合物基复合材料界面研究中存在的局限和问题,并对其研究前景和发展方向进行了分析和预测.     

SiCf/SiC复合材料界面相研究进展

分析了连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)中界面相类型以及各界面相在CFRCMCs中的作用,综述了热解碳(PyC)、氮化硼(BN)、难熔氧化物以及复合界面相在SiCf/SiC复合材料中的应用现状,最后展望了SiCf/SiC复合材料界面相的发展方向。     

聚合物基复合材料界面剪切强度的测试

用声发射技术确定纤维断裂的位置,从而决定纤维断裂段的长度分布。采用含有单纤维丝的聚合物基复合材枓试件,应用细观力学模型,根据纤维断裂段的长度,确定纤维和基体之间的界面剪切强度。这种方法适用于不透明的复合材料基体,有可能用来测定金属基和陶瓷基复合材料的界面剪切强度。     

连续纤维增强复合材料的制备方法

综述了金属基和陶瓷基连续纤维增强复合材料的制备方法，并分析了各种工艺的优缺点。在总结了现阶段连续纤维增强复合材料研究中存在的问题的基础上，提出了今后连续纤维增强复合材料的主要研究方向。     

CVD BN界面层对Si3N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响

连续Si3 N4纤维以其优异的热稳定性、高温力学性能和介电性能,被认为是耐高温陶瓷基透波复合材料的候选材料之一.采用连续Si3 N4纤维为增强体,以BCl3+NH3+H2+Ar反应体系,利用化学气相沉积工艺在Si3 N4纤维表面制备了BN界面层,并以聚硅硼氮烷为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了Si3 N4/SiBN复合材料.研究了CVD BN界面层的合成及其对Si3 N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响.结果表明:在Si3 N4纤维表面获得了均匀致密的BN界面层,该界面层有效改善了复合材料中纤维/基体的界面结合力,复合材料显示出典型的韧性断裂特征.当界面层的厚度为200 nm时,Si3 N4/SiBN的弯曲强度和断裂韧性分别为182.3 MPa和17.3 MPa·m1/2,比无涂层的复合材料分别提高了59.6％和94.4％.     

纤维增强聚合物基复合材料的界面性能

针对纤维增强聚合物基复合材料的界面性能，系统阐述了其界面层的结构和作用机理，详细介绍了界面结晶效应对力学性能的影响及界面性能的表征方法，最后论述了几种有效的纤维表面改性方法及改性效果。