中國粉體網(wǎng)訊  超高溫陶瓷基復合材料是指在2000℃以上的高溫環(huán)境下能保持物理化學性能穩(wěn)定的、以陶瓷相為基體的高溫結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、耐磨損、高溫物理性能優(yōu)異、熱化學穩(wěn)定性好、抗熱震性能良好等突出優(yōu)勢，超高溫陶瓷基復合材料被認為是制造航天器熱防護部件最具前景的材料。

超高溫陶瓷基復合材料

碳化物陶瓷基復合材料

超高溫碳化物陶瓷主要包括碳化鋯(ZrC)、碳化鉿(HfC)、碳化鉭(TaC)、碳化鈦(TiC)等，具有熔點高、高溫強度高、導電導熱性能優(yōu)異以及抗熱沖擊性能好等優(yōu)勢；但是，由于其脆性大以及抗氧化性能不足，因此常加入碳化硅(SiC)、硼化鋯(ZrB2)、氧化鋯(ZrO2)、硅化鉬(MoSi2)、鉬(Mo)金屬、石墨(Cg)等顆粒增強其力學性能，改善其抗氧化以及燒結(jié)性能。常見的碳化物陶瓷基復合材料有ZrC-SiC、ZrC-ZrB2、ZrC-ZrO2、ZrC-MoSi2、ZrC-Mo、ZrC-SiC-Cg、HfC-SiC、TaC-SiC、TiC-SiC等。

硼化物陶瓷基復合材料

超高溫硼化物陶瓷主要包括硼化鋯(ZrB2)、硼化鉿(HfB2)、硼化鉭(TaB2)和硼化鈦(TiB2)等。超高溫硼化物陶瓷中有較強的共價鍵，具有高熔點、高強度、熱導率和電導率大、蒸發(fā)率小的優(yōu)勢，但共價鍵較強的特性使材料致密化燒結(jié)困難，材料高溫抗氧化性能也有待提高。ZrB2和HfB2是研究最為廣泛的超高溫硼化物

陶瓷。通過添加SiC制備ZrB2-SiC、HfB2-SiC復合材料，可以獲得較高的二元共晶溫度，改善材料的力學和抗氧化性能。

連續(xù)纖維增韌陶瓷基復合材料

連續(xù)纖維增韌陶瓷基復合材料是指以超高溫陶瓷或復相陶瓷為基體，如ZrC、ZrB2、HfC、HfB2、TaC、ZrC-SiC、ZrB2-SiC、HfB2-SiC、ZrB2-ZrC-SiC等，以耐高溫纖維為增強體，如碳纖維(Cf)、碳化硅纖維(SiCf)等，形成的具有高強度、高韌性、密度小、耐高溫等優(yōu)異性能的超高溫復合材料。

超高溫陶瓷基復合材料的制備

目前，碳化物、硼化物超高溫陶瓷基復合材料常用的制備方法有無壓燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法、反應(yīng)熱壓燒結(jié)與放電等離子燒結(jié)法等。

無壓燒結(jié)(PS)：無壓燒結(jié)是在常壓下對原料進行加熱成型，是一種最簡單的燒結(jié)方法，適用于不同形狀、尺寸構(gòu)件的制備，溫度便于控制，但是得到的材料致密度較低，原料粒度和燒結(jié)助劑對材料致密度的影響很大。

熱壓燒結(jié)：熱壓燒結(jié)是將原料粉體填充進模具內(nèi)，從單軸方向同時進行加壓、加熱的燒結(jié)方法，此方法法工藝成本較高，而且制備的材料尺寸有限，因此其應(yīng)用受到一定的限制。

反應(yīng)熱壓燒結(jié)：反應(yīng)熱壓燒結(jié)是利用原料之間的化學反應(yīng)并結(jié)合熱壓燒結(jié)工藝形成的一種燒結(jié)工藝，此方法的燒結(jié)溫度較低，材料致密度高，無需進行粉體制備，成本相對較低。

放電等離子燒結(jié)：放電等離子燒結(jié)是將高能脈沖電流通入裝有粉體的模具上，在粉體顆粒間產(chǎn)生等離子體放電進行加熱燒結(jié)，是一種燒結(jié)溫度低、速度快、致密化程度高的燒結(jié)工藝，但在實際應(yīng)用中對于大尺寸樣品燒結(jié)溫度的不均勻分布制約了此技術(shù)的應(yīng)用。

目前，纖維增強陶瓷基復合材料的制備方法有:先驅(qū)體浸漬裂解法(PIP)、反應(yīng)熔體浸滲法(RMI)、化學氣相滲透法(CVI)、泥漿法(SI)等。

先驅(qū)體浸漬裂解法(PIP)：先驅(qū)體浸漬裂解法又稱聚合物浸漬裂解法或先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法，其一般過程是：以纖維預(yù)制件等為骨架，浸漬聚合物為先驅(qū)體，在惰性氣體保護下使其交聯(lián)固化，然后在一定氣氛中進行高溫裂解，從而得到陶瓷基復合材料。此方法的優(yōu)點是：先驅(qū)分子可設(shè)計，進而實現(xiàn)對最終復合材料陶瓷基體組成、結(jié)構(gòu)與性能的控制；制備溫度低，設(shè)備要求簡單；可制備大型復雜形狀的結(jié)構(gòu)件，能夠?qū)崿F(xiàn)凈成型。但也存在孔隙率高，制備周期較長等缺點。

反應(yīng)熔體浸漬法(RMI)：反應(yīng)熔體浸漬法是在高溫條件下將熔融金屬滲入多孔的預(yù)制件中（一般為C/C預(yù)制件）隨后與預(yù)制件中的C反應(yīng)生成陶瓷基體。其一般過程為：對纖維預(yù)制體進行部分致密化，最后用熔融金屬進行浸滲，熔融金屬和基體碳反應(yīng)后得到高致密度的碳化物基體。此方法法制備周期短，成本較低，材料致密度高，基體組成可進行調(diào)節(jié)；但是，由于浸漬溫度高，因此易損傷纖維。

化學氣相滲透法(CVI)：化學氣相滲透法是將纖維預(yù)制件放入特制爐中，氣相前驅(qū)體隨壓力差擴散至預(yù)成型體周圍并通過孔隙擴散進入內(nèi)部，在孔隙內(nèi)反應(yīng)生成產(chǎn)物沉積下來的方法。該方法具有以下優(yōu)點：可在較低溫度下制備熔點較高的陶瓷基復合材料；可用于制備尺寸較大、結(jié)構(gòu)復雜的陶瓷基復合材料構(gòu)件；制備過程中壓力較低，對纖維的機械損傷較��；可制備各類陶瓷基體，適用范圍廣。

泥漿法(SI)：泥漿法是將所需的陶瓷粉體制成泥漿，然后引入至纖維預(yù)制件中，隨后高溫燒結(jié)得到連續(xù)纖維增強陶瓷基復合材料,可根據(jù)漿料的引入方式分為漿料浸漬法和漿料涂刷法。漿料浸漬法可以促進陶瓷粉體的分散，提高復合材料綜合性能，但是泥漿中粉體分布很難均勻化，導致材料力學性能不均勻、抗氧化性能較差、易出現(xiàn)相分離等缺陷。

參考資料：

嚴春雷、劉榮軍等.超高溫陶瓷基復合材料制備工藝研究進展

齊方方、王子欽等.超高溫陶瓷基復合材料制備與性能的研究進展

楊金華、劉占軍等.共熔法制備超高溫陶瓷基復合材料

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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