20世纪70年代初,纤维增强陶瓷基复合材料的概念首次被提出。随着纤维制备技术和相关工艺技术的进步,纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。
以陶瓷材料为基体,以陶瓷或碳的纤维、晶须或颗粒为增强体所构成的复合材料。
20世纪70年代初,纤维增强陶瓷基复合材料的概念首次被提出。随着纤维制备技术和相关工艺技术的进步,纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。
陶瓷基复合材料具有陶瓷材料强度高、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,以及热膨胀系数和密度较小等优点。同时,高比强度、高比模量的增强体引入改善了陶瓷材料的脆性,实现了陶瓷基体的增韧和补强,提高其可靠性。航空航天领域主要使用连续陶瓷纤维或碳纤维增强的先进陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料通常具有结构功能一体化的特点。对纤维增强陶瓷基复合材料,主要按照基体进行分类。按照基体类别可分为氧化物基复合材料和非氧化物陶瓷基复合材料。①氧化物基复合材料。主要指氧化物/氧化物陶瓷基复合材料。②非氧化物陶瓷基复合材料。指陶瓷基体为非氧化物的复合材料,主要包括碳化硅陶瓷基复合材料、氮化物陶瓷基复合材料、硼化物陶瓷基复合材料,碳化硅(SiC)和氮化硅(Si3N4)是使用比较广泛的非氧化物陶瓷基体,硼化物陶瓷基复合材料指陶瓷基体为氮化硼(BN)、硼化镧(LaB6)的陶瓷基复合材料。其中,BN具有良好的透波性能和热稳定性能,主要应用于非烧蚀的天线窗材料;LaB6具有优异的导电性能和热稳定性,通常用于雷达、电子领域,航空航天应用不多。
陶瓷基复合材料制备工艺主要包括溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、化学气相渗透法(CVI)、先驱体浸渍裂解(PIP)、反应熔体浸渗(RMI)和料浆浸渗-热压烧结法(SIHP)。
陶瓷基复合材料与其他复合材料相比发展较缓慢,主要原因是制备工艺复杂、不成熟;缺少高品质的耐高温纤维,尚处于工程化研发阶段,未实现商品化。
在液体火箭发动机上,碳(C)/SiC陶瓷基复合材料已成功应用于燃烧室和喷管;在刹车材料上,C/SiC陶瓷基复合材料已应用于飞机、高速列车、汽车等领域;在空天飞行器热防护系统上,应用的部位包括头锥、机翼前缘、控制舵、机身襟翼、面板、天线罩/窗等。在核领域,SiC/SiC陶瓷基复合材料已应用于核反应堆结构材料。航空发动机领域对陶瓷基复合材料的需求最为迫切,主要应用部位为尾喷、燃烧室和涡轮部位。