氧化物∕氧化物陶瓷基复合材料的研究进展

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1、—_!墅至三室：旦!!．；l{li．j垒兰三堡垒量BQ丛垒婪工!垦垒!丛垒邕堕E垒曼I鲨基!型鱼!匡曼婪奠Q生Q堡∑氧化物／氧化物陶瓷基复合材料的研究进展ResearchProgressonOxide／OxideCeramicMatrixComposites中航复合材料有限责任公司陈明伟中国人民解放军沈阳飞机工业集团有限公司军事代表室李峰重庆市开县职业教育中心姜里【摘要】氧化物／氧化物陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温、抗氧化等优点，是航空航天热端构件理想的候选材料。本文从增强纤维、陶瓷基体、界面层、制备工艺、考核应用等方面综述了氧化物／氧化物陶瓷基复合

2、材料的研究现状，着重阐述了商业化生产的氧化物纤维基本性能以及主要的氧化物／氧化物陶瓷基复合材料制备工艺，并指出提高氧化物纤维高温强度稳定性和优化复合材料制备工艺的途径。关键词：氧化物纤维陶瓷基复合材料界面层制备工艺【ABSTRACTlOxide／oxideceramicmatrixtom—posites(CMCs)possesspromisingandpotentialapplica—tionascombustionchamber,rocketnozzlesandotherhightemperaturestructuralcomponentsfortheiro

3、utstandingadvantages，suchaslowdensity,highstrengthandexcel-lentoxidationresistance．Thepresentresearchstatusinreinforcedfibers，ceramicmatrices，interfaces，preparationprocessesandapplicationsofoxide／oxideCMCsathomeandabroadaresummarized．Thefundamentalpropertiesofoxidefibersandpreparati

4、onprocessesofoxide／oxideCMCsareintroducedindetail，andtheimprovement印-proachesoftheirmechanicalperformancearealsopointedoutbasedontheadjustmentofstrengthstabilityinhightemperatureandoptimizationofpreparationprocesses．Keywords：OxidefibersCeramicmatrixcom-positesInterfacePreparationpro

5、cessDoI：10．16080／j．issnl671—833x．2015．S2．046随着飞行马赫数的提升，飞行器鼻锥、前缘、发动机燃烧室等热端构件承受的气动载荷和热流冲击越来越严重，对材料性能要求也越来越高。目前应用最广泛的是C／SiC和SiC／SiC陶瓷基复合材料，在航空发动机尾喷管、燃烧室等构件已经实现型号应用”刊，但是C／SiC和SiC／SiC陶瓷基复合材料在高温氧化环境，特别是水氧环境下易发生氧化反应，造成力学性能急剧下降，严重时甚至导致构件失效。氧化物，氧化物陶瓷基复合462015年增刊s2材料的增强纤维和基体材料均由氧化物构成，具有优异的抗高温

6、氧化性能，在1000～1300。C的高温燃气环镜中可长期使用，成为近几年来国内外研究的重点。美国、日本等国家把氧化物／氧化物陶瓷基复合材料作为重点研发项目，并逐步实现在航空发动机热端构件领域的考核和应用[5-6]o目前国内受制于氧化物增强纤维原材料，关于氧化物／氧化物陶瓷基复合材料的研究尚停留在基础阶段，距离工程化应用尚有较大差距。1氧化物增强纤维氧化物／氧化物陶瓷基复合材料的增强纤维多数属于多晶陶瓷纤维，主要成分为A1：0，或A1：0，一SiO：陶瓷，并含有B：O，、ZrO：、MgO等物质，具有较高的拉伸强度和拉伸模量，高温抗氧化性能优异(表1【7】o20世

7、纪70年代以来，以美国、日本为代表的发达国家相继投人大量的人力物力加强氧化物纤维的研发，目前商业化生产的氧化物纤维主要有美国3M公司的Newel系列纤维、DuPont公司的FP和PRD一166系列纤维、英国ICI公司的Saffil系列纤维和日本Sumitomo公司的Ahex系列纤维。其中，Newel系列、Sattil系列氧化铝基纤维已经广泛用于陶瓷、树脂、金属等多种复合材料的增强增韧[8-10]。制备氧化物纤维的工艺主要有溶胶凝胶法、预聚合法、淤浆法和卜内门法等。美国3M公司的Nextel系列纤维采用溶胶凝胶工艺制备，该工艺制备的纤维可设计性强、均匀度高但生产

8、成本较高；日本Sumitomo公司的A