2019 年 12 月碳化硅陶瓷基复合材料的研究及应用进展臧小静（河南理工大学土木工程学院 河南省 焦作市 454003）摘 要：碳化硅陶瓷基复合材料作为热结构材料体系中的重要构成材料之一袁其在我国航空航天以及空间技术尧交通工具制造尧光学系统等多个领域均有一定的应用袁是材料工程领域研究和关注的重点遥本文将通过对碳化硅陶瓷基复合材料的特点及其技术探讨研究现状分析袁结合实例袁对碳化硅陶瓷基复合材料及其有关技术在实践中具体应用进行研究遥关键词：碳化硅陶瓷基复合材料曰技术现状曰应用进展曰研究中图分类号：TB332 文献标识码：A文章编号：1673-0038（2019）36-006...

  2019 年 12 月碳化硅陶瓷基复合材料的研究及应用进展臧小静（河南理工大学土木工程学院 河南省 焦作市 454003）摘 要：碳化硅陶瓷基复合材料作为热结构材料体系中的重要构成材料之一袁其在我国航空航天以及空间技术尧交通工具制造尧光学系统等多个领域均有一定的应用袁是材料工程领域研究和关注的重点遥本文将通过对碳化硅陶瓷基复合材料的特点及其技术探讨研究现状分析袁结合实例袁对碳化硅陶瓷基复合材料及其有关技术在实践中具体应用进行研究遥关键词：碳化硅陶瓷基复合材料曰技术现状曰应用进展曰研究中图分类号：TB332 文献标识码：A文章编号：1673-0038（2019）36-0066-02碳化硅陶瓷基复合材料作为热结构材料体系的重要构成之一，其中，陶瓷基复合材料 [1] 是以陶瓷为基体进行第二相材料引入与加工实现，以促进其材料的整体结构 [2] 与性能慢慢地加强、完善的材料结构及形式，也被称为是多相复合陶瓷或者是复相陶瓷等。它作为一种新型陶瓷材料 [3] ，不仅包含本文将做多元化的分析和论述的碳化硅陶瓷基复合材料，还包含纤维增韧陶瓷基复合材料以及梯度功能复合陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、纳米陶瓷复合材料 [4] 等多种陶瓷基复合材料类型，并且这类材料不仅仅具备强度高、硬度大、耐高温、耐磨、热导率低、抗高温蠕变、耐非物理性腐蚀、热线胀系数低以及介电、透波等性能特征，而能够在实际应用中能够有效满足有机材料基与金属材料所不能够满足的性能要求，应用场景范围更广泛，是一种理想的高温结构材料 [5] 。1 碳化硅陶瓷基复合材料及其技术探讨研究分析1.1 碳化硅陶瓷基复合材料的性能特征碳化硅陶瓷基复合材料作为陶瓷基复合材料中的一个重要结构体系，主要包含碳纤维/碳化硅与碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料两种类型 [6-7] ，其中，碳纤维/碳化硅陶瓷基复合材料在材料加工与制备中是通过碳纤维实现碳化硅陶瓷材料的强度与韧性增加和提升，从而对陶瓷材料的脆性特征进行改善，使其具备高温结构材料所必备的性能，具备比较好的耐高温与抗氧化、耐腐蚀等特性；碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料则是以碳颗粒实现碳化硅陶瓷基材料的硬度降低，从而对其材料的可加工性能进行改善，使其具备相应的耐腐蚀与抗氧化、自润滑等高温结构材料特征。有必要注意一下的是，由于陶瓷基复合材料的性能与其材料结构之间具有密切的关系，不同原材料与结构及形式、制备工艺下的陶瓷基复合材料的性能也存在比较大的差别，正常的情况下，复合材料的材料组成成分最重要的包含纤维、机体与界面等，其中，界面材料与结构对碳化硅陶瓷基复合材料的性能有着十分关键的作用和影响。陶瓷基复合材料的性能包含物理化学性能与力学性能等，其中，材料密度以及线线胀系数、热扩散系数、比热容、热导率、孔隙率、抗氧化性等 [8] ，属于材料的物理化学性能部分，而强度与模量、疲劳、抗热震性、高温蠕动性、断裂韧性、耐烧蚀性等，属于陶瓷基复合材料的力学性能部分 [2] 。有研究显示，通过对碳化硅陶瓷基复合材料的基体进行改性优化与重新设计后，可以有效的进行 2DC/C-SiC [9] 复合材料制备，并且所研制材料的抗弯强度在 2DC/SiC 材料之上，其材料断裂韧性得到明显改善提升，整个复合材料的基体改性效果十分明显。1.2 碳化硅陶瓷基复合材料的技术探讨研究分析结合当前对碳化硅陶瓷基复合材料制备技术的研究现状 [10] ，对其当前在实际加工与生产领域中应用实现的主要制备技术能从以下方面做分析。即为前驱体有机聚合浸渍热解转化技术，它在陶瓷基复合材料加工与制备中的应用是作为上世纪研究提出的新型工艺技术形式，在实际加工与生产制备应用中通过进行前驱体有机聚合物合成后，利用纤维预制体在前驱体溶液中的浸渍，使其在一定条件实现交联固化，并通过温度与环境作用向陶瓷基体热解转化，最终在这种反复浸渍与热解作用下实现具有较好致密性的陶瓷基复合材料获取。有必要注意一下的是，前驱体有机聚合物浸渍热解转化技术在陶瓷基复合材料加工与制备中应用，所制备材料的孔隙率较高，且材料体积变形作用较大，同时进行材料加工的工艺周期也比较长，导致生长效率较低，材料加工制备的工艺成本比较高，在实际加工与制备中推广应用局限性较突出。2 碳化硅陶瓷基复合材料在隧道窑的应用以隧道窑窑车中对碳化硅陶瓷基复合材料的应用为例，隧道窑是现代化窑炉中热工性能较好且应用比较广泛的一种窑型。其中，窑车是隧道窑的重要组成部分，一方面作为烧制品的运载工具，承载着半成品、成品的生产的全部过程；另一方面它还构成了窑炉的窑底，与周围窑壁紧密连接，阻止窑外的空气进入，使窑炉内部温度运作良好。一般的窑车都有两部分构成，上半部分是由耐火材料砌筑或组合而成的，下半部分是型由钢材焊接而成的金属车架以及铸造钢制成的车轮；窑车的上部框架结构不仅需要承载着陶瓷制品长时间在高温状态下工作要求，而且经受着由于设备经常性的启动持续工作关闭过程所引起的循环载荷作用，因此，要求其结构材料具备较好的耐高温、导热性，同时在高温下也要有较高的强度来承受烧制品传来的荷载以及温度应力，图 1 为隧道窑窑车工作流程示意图。根据上面讲述的情况分析，在陶瓷加工厂的隧道窑窑车结构设计与材料选择中，结合其窑炉工作运行的温度条件，最高达到 1290益，并且随着窑炉工作时候的温度升高，温度应力也在持续不断的增加，同时随着烧制品的一直在变化，窑炉承载量持续不断的增加，对窑炉以及窑车的要求也在逐步的提升，专门采用了反应烧结碳化硅作为其窑车上部结构主要材料，以利用反应烧结碳化硅材料较强性能作用。3 结束语总之，对碳化硅陶瓷基复合材料的研究与应用进展论述，有利于促进碳化硅陶瓷基复合材料制备技术的不断研究发展，同时促进各制备技术及其制备技术上的支持下的产品得到普遍推广和应用，具有十分积极的作用和意义。参考文献[1]张长瑞，郝元恺，等.陶瓷基复合材料[M].长沙：国防科技大学出版社，2001：1.[2]任 昆，等.基于改进二元模型的 2.5D 机织复合材料力学性能数值模拟.图 1 隧道窑窑车工作流程建材质检研究66