超高温陶瓷
超高温陶瓷
材料科学杂志39(2004)5979 – 5985
硅基陶瓷和复合材料在高氧压力下的燃烧阻力
美国宇航局格伦研究中心/凯斯西储大学，克利夫兰，
俄亥俄州44135，美国
E-mail: Ali.Sayir@https://www.wendangku.net/doc/441810279.html,
F . S .劳维利
美国宇航局太空飞行中心，FC，35812，美国
陶瓷基复合材料在高氧压力下的耐燃烧性预计会对富氧推进系统的发展提供一些信息。与金属相比，硅基陶瓷，碳化硅，氮化硅和碳化硅复合材料都有共价键的特点，不同的是它们能促进燃烧。这些材料分解的温度很高，而不是通过离散固液相变（熔化）。硅基陶瓷和复合材料在很高的氧气压力和临界阈值压力，在此临界压力下没有试样能维持燃烧组成，粘接的性质和氧的溶解度。2004年Kluwer学术出版社
1介绍
当把凝聚相材料，液体或固体，按计划放到富氧环境中时，可燃混合物就形成了。如果这种混合物被点燃，火焰就会包围凝聚相燃烧。理解和控制使用这一物理现象称为燃烧，它对人类日常生活以及各种技术，如能源转换，冶金，自然，航空和航天工业的应用有重大意义。在给定的温度和压力下，物质与氧气和潜在火源安全共存的能力对材料在推进系统中的选择范围是至关重要的。
大多数航空航天系统的结构组成部分都是金属合金，许多研究，特别是对高压系统的研究，一直致力于金属和金属合金的氧燃烧。当氧气从周围移动到燃烧前锋面时，材料与金属的粘接特性可以使之充当燃料，通过表面蒸发和扩散运动到火焰前锋面。这种对凝聚相燃烧的说明是最容易的，通常适用于发生气相反应后被称为均匀燃烧的滴烧。格拉斯曼[ 1]，在他的开创性工作中对金属液滴的气相燃烧作出了一些充分的解释，但不全是基于实验事实。热化学预测对阐明在高温高压下过渡态金属的反应途径是不可用的。多元合金进一步的并发症出现了，图[ 1，2 ]已经表明燃烧性对间歇性的成分变化很敏感。陶瓷基复合材料有着比金属明显低的密度并且在高温下也能提供足够的强度和韧性，这使得它们成为航空航天结构应用中的理想选择。除了这些事实，陶瓷基复合材料在很高氧气压力下的燃烧特性还没有被提前研究，这一发现表明本研究集中在陶瓷基复合材料的固相燃烧特性上。在这一研究中，有几个因素影响着特定复合机陶瓷材料的选择。第一，单片碳化硅，氮化硅以及碳化硅复合材料由于有提高性能和降低重量的能力，因此都是先进推进系统的潜在候选者。第二，碳化硅或碳化硅复合材料和单片氮化硅的初步氧相容性结果分别表现出了温和和良好的抗氧化性。第三，目前，碳化硅或碳化硅复合材料在其领域是最成熟的结构材料。最后，两者都是现成的商业材料。
2．实验的
氧陶瓷材料和复合机陶瓷材料的特点是利用了一种促进燃烧试验装置，该装置是美国宇航局的太空飞行中心的材料燃烧研究设施，如图1所示。这个测试是为了确定金属材料燃烧的临界压力值。一般来说，测试材料的临界压力值被定义为试样不能持续燃烧超过一半长度的最大压力值。这种压力被认为是实际的门槛，在更高压力下的进一步测试必须保证至少有一个标本持续燃烧超过一半的长度。
使用的测试仪器是一个圆柱体不锈钢，沿着圆柱体的一端有加强领。这个加强领支持着四个视线端口，通过提供所需要的额外厚度，以维持在测试中经常使用较高的压力时，保持压力室的完整性。
测试的进行是通过将所选材料的固体棒从圆柱体室内部高端垂直竖放，金属启动子连接到杆的下端，裸铝钯电线缠绕着启动，电流通过导线提供点燃启动所需的能量（热量），然后启动点燃固体棒，这一系列试验，0.2克弹头6061 - T6铝被用来作为启动子。因此，在每个测试中提供给固体棒的能量是相同的，所有的测试都被录像了。试样标本做成一个样本大小的16.5厘米长直径3.17毫米的圆柱，没有截圆面时做成3.17毫米宽3.17毫米厚的长方体。在一个标准燃烧试验中，每美国航天局手册（老）8060.1c，测试17，（现在的标准测试，6001，17）的标准样本大小为30.5厘米长，3.17毫米直径，在表【3】中每个测试压力下要测试五个样本。在这一系列的测试中，每个材料在从1.72至41.4兆帕（250至6000磅）的一组预定义压力下的测验是失败的，最初的压力由过去的测试经验决定，对这些材料，这种压力是41.4兆帕（6000磅）。一个标本失败的定义是在任何给定的压力下燃烧至少15厘米，第一次失败后，在下一个较低的压力下继续测试。如果在给定的压力下五个测试都没有失败，测试停止，并将该压力定义为这种材料的自灭临界压力。同样，点燃的标本被完全消耗的最低压力被定义为该种材料持续燃烧的临界压力，所有样本在99.5%的氧中进行测试。
（项目研究集团公司CAS，纽瓦克，德）列在表2中的碳化硅/碳化硅复合材料是采用连续碳化硅纤维瓶坯的化学气相渗透过程产生的。复合系统表分为以下几类材料：（一）碳或氮化硼在碳化硅基的碳化硅纤维涂层；（二）碳或氮化硼在碳化硅基的细纤维涂层；（三）强化碳化硅。进行研究项目的碳化硅复合材料的表面涂层大约有20微米厚并且与矩阵相有相同的结构。表三中列出的复合碳氮化硅（道康宁，米德兰，米）是使用聚合物浸渍裂解途径产生的，复合材料由专有涂层纤维在碳氮化硅的非晶面上组成。熔体渗透陶瓷基复合材料是采用涂层纤维产生的，其加工条件可在文献[ 4]中找到。
3. 结果与讨论
表一列出了所选金属测量的阈值压力和复合机陶瓷材料的构成要素，包括硅，硼和碳。绝热火焰温度，作为一个近似值，它的计算使用的是由戈登和麦克布里奇为求金属粉尘与空气（在25摄氏度，1个大气压下）反应的化学计量浓度所开发的计算机程序。对确定的临界阈值压力，临界压力和最大绝热温度在促进燃烧时的边界条件是不等价的，但临界压力和最大绝热温度都能评估材料的燃烧特性。表一中列出了计算出的最大绝热温度，从最大绝热温度为1510K的低活性铜到最大绝热温度为4120 K的铪；对钽和铁，最大绝热温度值均低于沸点，因而可以有一个高的点火电阻。然而，钽和铁的临界压力值都很低(0.1 to 0.7 Pa),因此临界压力和最大绝热温度之间的相关性不大令人满意。·德雷琴已经证明：释放的能量
多少将根据反应路径而不同。对硅基陶瓷做进一步讨论，材料的溶氧量对燃烧特性（同质异构）和反应速率具有深远的影响。氧气的溶解焓会低于化学计量氧化焓，并且在表一中它能证明计算绝热火焰温度和临界压力的相关性很小。
与金属相比，硅基陶瓷（碳化硅，氮化硅，碳化硅复合材料）主要有共价键的特征，这些材料在很高的温度下可以分解，而不是产生离散固体–液相变（即熔化），因此可以预测，硅基陶瓷与金属的燃烧是不同的；最根本的问题是，是否在碳化硅的燃烧过程中释放的热量足够大，能够将碳化硅分离成单质硅和碳。为了解早期阶段的燃烧过程，对碳化硅复合材料（研究项目）进行了在低氧压力下的测试，随后对其微观结构进行了描述。碳化硅/碳化硅复合材料在6.9兆帕时并没有点燃；在对进行测试的十个标本进行观察时，没有任何一个能持续燃烧。在促进燃烧的试验后，碳化硅/碳化硅复合材料的特点是扫描电子显微镜（扫描电镜）。图2显示试样表面在退化端（指燃烧端）和相对的未燃端的微观结构，点火器的反应产物是氧化铝，或者与预氧化的试样反应生成Al-Si-O玻璃，这是燃烧产物的平衡组成，如图2所示，附着在试样表面上，这层Al-Si-O玻璃会随着燃烧端移动，迅速下降。
在不同的氧气压力下，使用散射图像（BSE）和元素X射线图对测试样本的燃烧端部分进行了进一步分析。在二氧化硅层，覆盖标本整个外表面的，似乎是一层硅碳氧化物相，这是由能量色散光谱（EDS）确定的。这一发现类似于上面已经讨论过的金属中溶解氧，这个结果的影响是双重的：首先，当材料在点火阶段点燃时，一直产生亚硅碳氧化物相，它们将在稍后的燃烧中转化为稳定相。其次，在这些快速的异构反应中遇到的一个重要矛盾是：扩散和其他运输过程的影响，往往会成为控制和屏蔽化学反应速率的因素。金属和氧（可能是氧化物）的异构相反应可能发生在氧化物颗粒的表面，这些颗粒是在竞争中与同质气相反应后凝结成的；因此推断解离和解体发生在燃烧之后。碳化硅/碳化硅复合材料主要是与异质反应的分解物结合燃烧，这是由于燃料（碳化硅复合材料）和反应产物变成凝聚态附着在试样表面。我们在燃烧测试中对压力从6.9到41.4兆帕的范围内延长对测试样品的微观结构描述，图3是之后碳化硅复合材料在17.2和20.7兆帕时的促进燃烧测试的典型显微图。碳化硅复合材料的燃烧测试在更高压力下的微观结构与图3相似，因此在这里不再复述。
碳化硅陶瓷基复合材料在高温高压下的促进燃烧试验表明：在较高的压力下，该材料的耐燃性有限，见表二。在13.8和17.2兆帕时，有内层炭接口的多孔碳化硅复合材料是充足燃烧的燃料。
超高温陶瓷及其应用资料
超高温陶瓷及其应用
超高温陶瓷及其应用讲座小结 超高温陶瓷（UHTCs: Ultra High Temperature Ceramic? 是指能在1800°C 以上温度下使用的陶瓷材料。这类陶瓷材料有望用于航天火箭的发动机部件，太空往返飞行器和高超音速运载工具的防热系统，先进核能系统用抗辐照结构材料和惰性基体材料，以及金属高温熔炼和连铸用的电极、坩埚和相关部件等。目前，针对超高温陶瓷的主要研究内容包括：微结构调控与强韧化、抗氧化-耐烧蚀-抗热震性能的提升、抗辐照性能的改善等。 超高温陶瓷材料最早的研究从I960'年代开始。当时在美国空军的支持下，Manlab开始了超高温陶瓷材料的研究，研究对象主要是ZrB2和HfB2及其 复合材料。研发的80vol%HfB 2 -20vol%SiC复合材料能基本满足高温氧化环境下持续使用的需要，但采用的热压工艺对部件制备有很大的限制。到1990' s NASA Ames实验室也开始了相关研究。与此同时，美国空军从1960'年代开 始进行尖锐前缘飞行器及其热防护系统的分析和设计，经过三十多年的研究，取得了很大进展。Ames实验室及其合作伙伴开展了系统热分析、材料研发和电弧加热器测试等一系列研究工作，并于1990'年代进行了两次飞行实验 （SHARP-B1、SHARP-B2）。其中，SHARP-B2的尖锐翼前缘根据热环境的不同分为三部分，分别采用的是ZrB2 /SiC/C、ZrB2/SiC和HfB2/SiC材料，展示了基于二硼化铪和二硼化锆为主体的一类超高温陶瓷材料作为大气层中高超声速飞行器热防护系统材料的应用前景。2003年2月1日，美国航天飞机发生了哥伦比亚”号的爆炸惨剧，为了保障未来的航天飞机具有更可靠的飞行安全性，美国航天宇航局（NASA ）在哥伦比亚”号失事后迅速启动了相关的研究计划，其中就包括研究新一代超高温陶瓷，用于航天飞机的阻热材料。研究计划目的在于开发出熔点高于3000C的超高温陶瓷材料，主要是ZrB2、HfB2以及它们的复合材料，作为航天飞机的新型阻热材料。 从材料种类来看，超高温陶瓷主要包括高熔点硼化物和碳化物。其中 HfB2、ZrB2、HfC、ZrC、TaC等硼化物、碳化物超高温陶瓷熔点都超过 3000C，无相变，具有优良的热化学稳定性和优异的物理性能，包括高弹性模量、高硬度、低饱和蒸汽压、高热导率和电导率、适中的热膨胀率和良好抗热震性能
超高温陶瓷复合材料的研究进展
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 超高温陶瓷复合材料的研究进展 超高温陶瓷复合材料主要包括一些过渡族金属的难熔硼化物、碳化物和氮 化物，它们的熔点均在3000℃以上。在这些超高温陶瓷中，ZrB2 和HfB2 基超高温陶瓷复合材料具有较高的热导率、适中的热膨胀系数和良好的抗氧化烧蚀 性能，可以在2000℃以上的氧化环境中实现长时间非烧蚀，是一种非常有前途的非烧蚀型超高温防热材料。 超高温陶瓷复合材料的制备 超高温陶瓷复合材料的致密化主要有热压烧结(HP)、放电等离子烧结(SPS)、反应热压烧结((RHP)和无压烧结(PS)。在这些制备方法中，热压烧结是目前超 高温陶瓷复合材料最主要的烧结方法。 热压烧结 ZrB2 和HfB2 都是ALB2 型的六方晶系结构，其强共价键、低晶界及体扩散 速率的特征，导致该类材料需要在非常高的温度下才能致密化，一般需要2100 ℃或更高的温度和适中的压力(20-30 MPa)或较低温度(~1800℃)及极高压力( 800 MPa)。ZrB2 和HfB2 结构和性能相近，后者的熔点比前者高，需要更高的致密化温度，同时具有更优异的高温性能，而前者的密度和成本都比后者 低，也是业内关注最多的。 放电等离子烧结 放电等离子烧结是在粉末颗粒间直接通人脉冲电流进行加热烧结，具有升温 速度快、烧结时间短、组织结构可控等优点，该方法近年来用于超高温陶瓷复 合材料的制备。产生的脉冲电流在粉体颗粒之间会发生放电，使其颗粒接触部 位温度非常高，在烧结初期可以净化颗粒的表面，同时产生各种颗粒表面缺 陷，改善晶界的扩散和材料的传质，从而促进致密化，相对于热压烧结超高温
超高温陶瓷的研究进展_郭强强
·综述· 收稿日期：2015－05－20 作者简介：郭强强，1989年出生，硕士，主要从事超高温陶瓷材料的研究工作。E －mail ：qqguo@outlook．com 超高温陶瓷的研究进展 郭强强 冯志海周延春 （航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076） 文 摘 超高温陶瓷在极端环境中能够保持稳定的物理和化学性质，被认为是高超声速飞行器和大气层 再入飞行器鼻锥和前缘最有前途的候选热防护材料。本文系统评述了超高温陶瓷（主要是过渡金属硼化物、碳化物和氮化物）在粉体合成、致密化、力学性能等方面的研究进展。对超高温陶瓷研究中存在的一些问题作出初步总结，希望对超高温陶瓷的进一步研究和应用起到积极的推动作用。 关键词 超高温陶瓷，粉体合成，致密化，力学性能 中图分类号：TB3DOI ：10．3969/j．issn．1007－2330．2015．05．001Progress on Ultra-High Temperature Ceramics GUO Qiangqiang FENG Zhihai ZHOU Yanchun （Science and Technology of Advanced Functional Composite Materials Laboratory ，Aerospace Ｒesearch Institute of Materials ＆Processing Technology ，Beijing 100076） Abstract Ultra-high temperature ceramics （UHTCs ）are regarded as the most promising thermal protective ma- terials for the nose and leading edge of hypersonic or re-entry vehicles due to their stability of physical and chemical properties in extreme environment．The progress on UHTCs is reviewed in detail ，including powder synthesis ，densifi-cation and mechanical properties．Also ，some problems exist in the material studies are preliminarily summarized．It is expected that this review will provide some guidance for stimulating further research and practical applications of the UHTCs． Key words Ultra-high temperature ceramics ，Powder synthesis ，Densification ，Mechanical property 引言 超高温陶瓷（UHTCs ）通常指熔点超过3000?，并在极端环境中保持稳定的物理和化学性质的一类 特殊陶瓷材料，通常包括过渡金属硼化物、碳化物、氮化物及其复合材料。极端环境一般指高温、反应气氛（如原子氧，等离子体等）、机械载荷和磨损等组成的综合环境。随着航空航天技术的迅猛发展和实现空天一体化的迫切需要，高超声速飞行器是近年来许多国家航空航天部门发展的重点领域。在长时间高超声速巡航、跨大气层飞行和大气层再入等极端环境下，飞行器机翼前缘和鼻锥等关键部件在飞行过程中与大气剧烈摩擦，产生极高的温度。如Falcon 计划 中机翼前缘的驻点区域温度可以超过2000?［1］，此 外火箭喷嘴口、吸气增强推进系统和发动机进气道在 飞行过程中也要承受高热载荷和机械载荷。目前，极少材料能够在如此剧烈的氧化对流环境中保持结构和尺寸的完整性。因此，如何设计和制备有着良好的抗氧化性、抗烧蚀性、抗热震性并保持一定高温强度的超高温热防护材料成为新型空天飞行器亟待解决的重要技术问题。 目前有望在1800?以上温度使用的材料一般有 难熔金属材料、陶瓷基复合材料、C /C 复合材料等。难熔金属材料密度高、加工性能和抗氧化性差，不适合作为高超声速飞行器鼻锥和前缘等部位的热防护 材料。C /C 复合材料是一种良好的结构/功能一体化材料，已成功用于制造导弹的弹头部件、航天飞机防
超高温陶瓷
超高温陶瓷 材料科学杂志39(2004)5979 – 5985 硅基陶瓷和复合材料在高氧压力下的燃烧阻力 美国宇航局格伦研究中心/凯斯西储大学，克利夫兰， 俄亥俄州44135，美国 E-mail: Ali.Sayir@https://www.wendangku.net/doc/441810279.html, F . S .劳维利 美国宇航局太空飞行中心，FC，35812，美国 陶瓷基复合材料在高氧压力下的耐燃烧性预计会对富氧推进系统的发展提供一些信息。与金属相比，硅基陶瓷，碳化硅，氮化硅和碳化硅复合材料都有共价键的特点，不同的是它们能促进燃烧。这些材料分解的温度很高，而不是通过离散固液相变（熔化）。硅基陶瓷和复合材料在很高的氧气压力和临界阈值压力，在此临界压力下没有试样能维持燃烧组成，粘接的性质和氧的溶解度。2004年Kluwer学术出版社 1介绍 当把凝聚相材料，液体或固体，按计划放到富氧环境中时，可燃混合物就形成了。如果这种混合物被点燃，火焰就会包围凝聚相燃烧。理解和控制使用这一物理现象称为燃烧，它对人类日常生活以及各种技术，如能源转换，冶金，自然，航空和航天工业的应用有重大意义。在给定的温度和压力下，物质与氧气和潜在火源安全共存的能力对材料在推进系统中的选择范围是至关重要的。 大多数航空航天系统的结构组成部分都是金属合金，许多研究，特别是对高压系统的研究，一直致力于金属和金属合金的氧燃烧。当氧气从周围移动到燃烧前锋面时，材料与金属的粘接特性可以使之充当燃料，通过表面蒸发和扩散运动到火焰前锋面。这种对凝聚相燃烧的说明是最容易的，通常适用于发生气相反应后被称为均匀燃烧的滴烧。格拉斯曼[ 1]，在他的开创性工作中对金属液滴的气相燃烧作出了一些充分的解释，但不全是基于实验事实。热化学预测对阐明在高温高压下过渡态金属的反应途径是不可用的。多元合金进一步的并发症出现了，图[ 1，2 ]已经表明燃烧性对间歇性的成分变化很敏感。陶瓷基复合材料有着比金属明显低的密度并且在高温下也能提供足够的强度和韧性，这使得它们成为航空航天结构应用中的理想选择。除了这些事实，陶瓷基复合材料在很高氧气压力下的燃烧特性还没有被提前研究，这一发现表明本研究集中在陶瓷基复合材料的固相燃烧特性上。在这一研究中，有几个因素影响着特定复合机陶瓷材料的选择。第一，单片碳化硅，氮化硅以及碳化硅复合材料由于有提高性能和降低重量的能力，因此都是先进推进系统的潜在候选者。第二，碳化硅或碳化硅复合材料和单片氮化硅的初步氧相容性结果分别表现出了温和和良好的抗氧化性。第三，目前，碳化硅或碳化硅复合材料在其领域是最成熟的结构材料。最后，两者都是现成的商业材料。 2．实验的
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超高温陶瓷及其应用讲座小结 超高温陶瓷（UHTCs：Ultra High Temperature Ceramics）是指能在1800℃以上温度下使用的陶瓷材料。这类陶瓷材料有望用于航天火箭的发动机部件，太空往返飞行器和高超音速运载工具的防热系统，先进核能系统用抗辐照结构材料和惰性基体材料，以及金属高温熔炼和连铸用的电极、坩埚和相关部件等。目前，针对超高温陶瓷的主要研究内容包括：微结构调控与强韧化、抗氧化－耐烧蚀－抗热震性能的提升、抗辐照性能的改善等。 超高温陶瓷材料最早的研究从1960’s年代开始。当时在美国空军的支持下，Manlab开始了超高温陶瓷材料的研究，研究对象主要是ZrB2和HfB2及其复合材料。研发的80vol%HfB2 -20vol%SiC复合材料能基本满足高温氧化环境下持续使用的需要，但采用的热压工艺对部件制备有很大的限制。到1990’s ，NASA Ames 实验室也开始了相关研究。与此同时，美国空军从1960’s年代开始进行尖锐前缘飞行器及其热防护系统的分析和设计，经过三十多年的研究，取得了很大进展。Ames 实验室及其合作伙伴开展了系统热分析、材料研发和电弧加热器测试等一系列研究工作，并于1990’s年代进行了两次飞行实验（SHARP-B1 、SHARP-B2）。其中，SHARP-B2 的尖锐翼前缘根据热环境的不同分为三部分，分别采用的是ZrB2 /SiC/C 、ZrB2/SiC和HfB2/SiC材料，展示了基于二硼化铪和二硼化锆为主体的一类超高温陶瓷材料作为大气层中高超声速飞行器热防护系统材料的应用前景。2003年2 月1 日，美国航天飞机发生了“哥伦比亚”号的爆炸惨剧，为了保障未来的航天飞机具有更可靠的飞行安全性，美国航天宇航局（NASA）在“哥伦比亚”号失事后迅速启动了相关的研究计划，其中就包括研究新一代超高温陶瓷，用于航天飞机的阻热材料。研究计划目的在于开发出熔点高于3000℃的超高温陶瓷材料，主要是ZrB2、HfB2以及它们的复合材料，作为航天飞机的新型阻热材料。 从材料种类来看，超高温陶瓷主要包括高熔点硼化物和碳化物。其中HfB2、ZrB2、HfC、ZrC、TaC等硼化物、碳化物超高温陶瓷熔点都超过3000℃，无相变，具有优良的热化学稳定性和优异的物理性能，包括高弹性模量、高硬度、低饱和蒸汽压、高热导率和电导率、适中的热膨胀率和良好抗热震性能等，并能在高温下保持很高的强度。成为超高温陶瓷最具潜力的候选材料。
高温结构陶瓷基复合材料的研究现状与展望--...
高温结构陶瓷基复合材料的研究现状与展望 摘要概述了国外航空发动机用高温结构陶瓷基复合材料的研究与应用现状及发展趋势,分析了目前研究中存在的问题及其解决办法,确定了今后的研究目标与方向。 关键词陶瓷基复合材料高温结构材料力学性能应用 1 前言 为了提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗,最根本的措施是提高发动机的涡轮进口温度,而涡轮进口温度与热端部件材料的最高允许工作温度直接相关。50 至60 年代,发动机热端部件材料主要是铸造高温合金,其使用温度为800～900 ℃;70 年代中期,定向凝固超合金开始推广,其使用温度提高到 接近1000 ℃; 进入80 年代以后,相继开发出了高温单晶合金、弥散强化超合金以及金属间化合物等,并且热障涂层技术得到了广泛的应用,使热端部件的使用温度提高到1200～1300 ℃,已接近这类合金 熔点的80 % ,虽然通过各种冷却技术可进一步提高涡轮进口温度,但作为代价降低了热效率,增加了结 构复杂性和制造难度,而且对小而薄型的热端部件难以进行冷却,因而再提高的潜力极其有限[1 ] 。陶瓷基复合材料正是人们预计在21 世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构首选材料。 近20 年来,世界各工业发达国家对于发动机用高温结构陶瓷基复合材料的研究与开发一直十分重视,相继制定了各自的国家发展计划,并投入了大量的人力、物力和财力,对这一新型材料寄予厚望。如美国NASA 制定的先进高温热机材料计划(HITEMP) 、DOE/ NASA 的先进涡轮技术应用计划(ATTAP) 、美国国家宇航计划(NASP) 、美国国防部关键技术计划以及日本的月光计划等都把高温结构陶瓷基复合材料作为重点研究对象,其研制目标是将发动机热端部件的使用温度提高到1650 ℃或更高[2 ,3 ] ,从而提高发动机涡轮进口温度,达到节能、减重、提高推重比和延长寿命的目的,满足军事和民用热机的需要。 2 国内外应用与研究现状 由于陶瓷材料具有高的耐磨性、耐高温和抗化学侵蚀能力,国外目前已将其应用于发动机高速轴承、活塞、密封环、阀门导轨等要求转速高和配合精度高的部件。在航空发动机高温构件的应用上,到目前为止已报道的有法国将CVI 法SiC/Cf 用于狂风战斗机M88 发动机的喷嘴瓣以及将SiC/ SiCf 用于幻影2000 战斗机涡轮风扇发动机的喷管内调节片[4 ] 。 此外,有许多陶瓷基复合材料的发动机高温构件正在研制之中。如美国格鲁曼公司正研究跨大气层高超音速飞机发动机的陶瓷材料进口、喷管和喷口等部件,美国碳化硅公司用Si3N4/ SiCW制造导弹发动机燃气喷管,杜邦公司研制出能承受1200～1300 ℃、使用寿命达2000h 的陶瓷基复合材料发动机部件等[5 ,6 ] 。目前导弹、无人驾驶飞机以及其它短寿命的陶瓷涡轮发动机正处在最后研制阶段,美国空军材料实验室的研究人员认为[7 ] ,1204～1371 ℃发动机用陶瓷基复合材料已__经研制成功。由于提高了燃烧温度,取消或减少了冷却系统,预计发动机热效率可从目前的26 %提高到46 %。英国罗—罗公司认为,未来航空发动机高压压气机叶片和机匣、高压与低压涡轮盘及叶片、燃烧室、加力燃烧室、火焰稳定器及排气喷管等都将采用陶瓷基复合材料。预计在21 世纪初, 陶瓷基复合材料的使用温度可提高到1650 ℃或更高。 3 研究方向与发展趋势 陶瓷虽然具有作为发动机热端结构材料的十分明显的优点,但其本质上的脆性却极大地限制了它的推广应用。为了克服单组分陶瓷材料缺陷敏感性高、韧性低、可靠性差的缺点,材料科学工作者进行了大量的研究以寻找切实可行的增韧方法[8 ,9 ] 。增韧的思路经历了从“消除缺陷”或减少缺陷尺寸、减少缺陷数量,发展到制备能够“容忍缺陷”,即对缺陷不敏感的材料。目前常见的几种增韧方式主要有相变增韧、颗粒(晶片) 弥散增韧、晶须(短切纤维) 复合增韧以及连续纤维增韧补强等。此外还可通过材料结构的改变来达到增韧的目的,如自增韧结构、仿生叠层结构以及梯度功能材料等。由于连续纤
超强、超硬、耐高温结构陶瓷材料结构与性能
超强、超硬、耐高温结构陶瓷材料结构与性能 摘要 结构陶瓷材料具有超强、超硬、耐高温等性能，在许多应用领域有着金属等其它材料不可替代的地。本文通过查阅相关文献，阐述了结构陶瓷材料的结构，综述了结构陶瓷材料的结构及其性能特点,为今后陶瓷的发展提供了可靠的前景。 关键词：结构陶瓷，结构性能 引言：构陶瓷是陶瓷材料的重要分支，它以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等机械力学性能为主要特征，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境，在空间技术领域，制造宇宙飞船需要能承受高温和温度急变、强度高、重量轻且长寿的结构材料和防护材料，在这方面，结构陶瓷占有绝对优势。从第一艘宇宙飞船即开始使用高温与低温的隔热瓦，碳-石英复合烧蚀材料已成功地应用于发射和回收人造地球卫星。未来空间技术的发展将更加依赖于新型结构材料的应用，在这方面结构陶瓷尤其是陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料远远优于其他材料。即在冶金、宇航、能源、机械、光学等领域有重要的应用,因此具有超强、超硬、耐高温的结构陶瓷材料成为了人们关注的热点。 2.结构陶瓷的定义及分类 结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等 功能的高性能陶瓷。 结构陶瓷若按使用领域进行分类可分为：（1）机械陶瓷；（2）热机陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它若按化学成分分类可分为：（1）氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、赛龙陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3）碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4）硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等)；（5）其它结构陶瓷(莫来石陶瓷、MoSi 陶瓷、硫化物陶瓷以及复合陶瓷等)。本文就从化学成分分析氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、复合陶瓷等来分析。 2.1氧化物陶瓷 2.1.1 Al2O3陶瓷 AI2O3陶瓷类型的结构与性能 氧化铝陶瓷是一种以α- AI2O3为主晶的陶瓷材料。氧化铝的含量在75%左右称为“75瓷”，含量在85%左右称作“85瓷”，含量在99%左右称作“99瓷”。含量在99%以上的称作刚玉瓷或纯刚玉瓷。Al2O3主要有三种晶型结构，即α-Al2O3，β-Al2O3，γ- Al2O3。Al2O3晶型转化关系如图1所示。α-Al2O3属三方晶系，2050℃熔化前稳定，β-Al2O3：是一种氧化铝含量高的的铝酸盐矿物，γ-Al2O3：属尖晶石型结构（立方）。后两种在温度高于1600℃时全部转化为α-Al2O3，a-Al2O3
超高温材料的研究进展及应用
超高温材料的研究进展及应用 发表时间：2018-11-08T19:10:34.990Z 来源：《防护工程》2018年第19期作者：郭大为[导读] 随着社会的的发展，经济的进步，我国的交通事业也在快速进步。 烟台同立高科新材料股份有限公司山东烟台 265500 摘要：随着社会的的发展，经济的进步，我国的交通事业也在快速进步。我们国家幅员辽阔，各种自然人文资源广阔，超高温材料的特殊性质为我国的基础设施建设发展做出了极大的贡献。城市以极高的速度发展，城市的基础建设越来越完善，人口数量的急剧增多，给城市的发展带来了很多负面的问题，比如土地紧张，生态恶化，交通拥堵等等。超高温材料的引用就显得非常符合当今的城市建设要求。 文章从超高温材料的研究进展角度作为切入点，对其进行一定的应用研究。 关键词：超高温材料难熔金属金属间化合物陶瓷基复合材料碳 /碳复合材料 引言：经济的发展速度迅猛，前期快速的发展速度带动了城市的发展，在后期，城市发展明显后劲不足，与经济发展相脱节，“城市病”问题不断出现在生活的方方面面。土地资源紧张，人口压力过大，交通拥堵，生态环境受到破坏等一些列问题，都阻碍了城市的发展。为了应对一系列的问题，世界各国都在集中对超高温材料抓紧研究，超高温材料还可以用于航空航天飞行器等军事领域，由此可见，超高温材料的研究与开发工作已成为各国研究材料的首选。 1超高温材料的研究进展 1.1 超高温材料的定义 就我国目前的研究水平而言，并没有对超高温材料给出明确的定位，也就是说，超高温材料只是代表着一种能够极度耐高温的材料而已。就我国目前对于超高温材料的研究进展而言，超高温这一概念并没有明确的温度界限，对于温度的上限没有明确的说明。基于我们目前的研究来看，超音速飞机以及航天飞机等各种类型的航天交通运输器械在飞行作业的过程中，飞行器的表面由于与空气摩擦速度相当之快，会产生极高的温度，一般温度会迅速上升，在 18 0 0一 20 00摄氏度左右。因此，基于飞行器表面极高的气温，为了研究如何保护飞行器的安全正常运行，就要对超高温材料的应用研究开展一定的探讨。 目前，学术界对于超高温材料的分类主要包括难熔金属及其合金、金属间化合物、陶瓷及其复合材料、碳 /碳复合材料这几种类型。通过不同的实验研究，分别对几种材料的类型和特质做出了归纳总结。 1.2 陶瓷基复合材料 就目前的集中超高温材料的分类而言。各种材料中，难熔金属是最早被材料研究领域开始研究并且广泛应用于各种制造业领域的超高温材料。陶瓷基复合材料的核心理念就是最大化节约提高材料的耐高温程度。同时，解决了自然环境污染，陶瓷基复合材料也对这个工业污染提出了一定的解决措施。整个建设材料的过程中，尽可能使用超高温材料，在材料的使用数量上尽可能降低到最小化。由于材料材料对周围自然环境造成的灰尘和噪音污染等，在合理的范围内尽可能降至最低水平。以满足市民的生活需求，保障制造业经济利润的同时为生态环境做出应用的贡献，所设计规划出来的产品更加凸显了可持续发展的生态意义。陶瓷基复合材料，不仅仅是材料技术的代表，更是一种新的技术发展思想。这种新的材料技术应用于多个生产领域中，是基于可持续发展的前提下，为市民的生产生活打造更好的基础。 1.3 金属间化合物 金属间化合物的另一个学术名字是中间相，是合金中除固溶体之外的第二类重要合金相。这是一种介于金属合金和陶瓷之间的一类材料。金属间化和为的脆性相较于陶瓷较低，但是与金属相比其熔点又是很高的。陶瓷基复合材料就是最大程度的利用一切可再生的自然资源、半成品资源以及生态资源。将陶瓷基复合材料与传统的材料设计相结合，将可再生资源的使用达到最高效的程度，尽可能对材料物的陶瓷基复合材料化以及熔点的控制应用做到最好的，做出对材料进行科学规划、材料使用区域内的水资源进行节约设计，对材料材料进行回收再利用等。不同的地域类型相对应的经济发展情况也是有区别的，不同地区的人民对材料的居住需求也不太相同。只有在了解自己城市的实际情况之后才能对城市的陶瓷基复合材料化建设作出合理的技术优化结合。技术人员要从综合角度出发，考虑环境与材料的整体效益。 1.4 陶瓷基复合材料 基于我们长久以来对于陶瓷的特点了解，陶瓷的熔较高、结构密度较低、材料整体的硬度也相对较高等优点。这些优点能够使陶瓷作为超高温材料的基础材料进行研究开发。陶瓷基复合材料建设技术与原有材料设计的优化结合，要能够有效的融合，而不是生搬硬套一些简单的指标敷衍了事。具体的技术要结合自己原有材料物的设计结构进行优化，保证材料物的整体性。对陶瓷基复合材料材料的设计中，要严格按照相关的材料标准进行设计，同时尽可能完善设计的各项标准范围。陶瓷基复合材料材料物的材料与室外材料的设计标准规范了材料的标准；对产品整体要有明确的规定，建造过程要合理节约水资源。这些严格的标准对陶瓷基复合材料理念的落实有了制度的保证，有引导作用。针对不同产品物的居住性能，技术人员基于自身城市的实际运转状况，以可持续发展战略原则为宏观宗旨，维护现有的生态环境，节约更多的自然资源。陶瓷基复合材料产品技术的各个环节都要结合城市的自然环境状况和基础设施建设情况进行研究，降低材料的生产总成本，减少自然资源的使用量。在建造陶瓷基复合材料产品项目的过程中，积极利用现代科学技术，把先进的科技融入到产品设计的过程中。顺延“科学技术是第一生产力”，利用先进技术，减少不可再生资源的使用，提高可再生资源的利用率。 1.5 碳 /碳复合材料 碳 /碳复合材料是一种以碳为主要主体的材料，这是一种有由碳纤维或其制品 (碳毡或碳布)增强的复合材料所组合而成的。首先，在进行产品的技术优化之前，要做好充足的准备工作，对产品的基础资料有全方位的了解。深度分产品物自身对于自然界的光、电资源以及太阳能资源的利用程度。从而针对性的加大在产品设计中碳 /碳复合材料产品技术的应用力度，确保产品技术与可再生资源之间的良性循环。这种方法就是在产品物的源头削弱了不必要的材料浪费问题，将产品的总成本控制在可接受的范围内。其次，针对碳 /碳复合材料产品的总平面，进行合理设置。找到影响产品物规划设计的因素，明确进行碳 /碳复合材料产品技术融合的切入点。 2超高温材料的应用
耐1800度高温陶瓷胶水
【1800度高温胶水性能特点】 ◆耐高温双组份，膏状，由无硅酸盐、进口高分子高温固化剂组成的超高温修补剂，耐高温长期可达1730 度，瞬间最高耐受温度达1800℃。 ◆具有较高的结合强度，不垂流，粘接强度高，适用于高温工况下各种金属、陶瓷、璃材料表面、垂直面、凸面或凹面的填补、密封、修复。 ◆耐介质强，具有优良的耐介质性能、抗绝缘性、耐酸碱性、耐磨、耐油，耐水。固化物无毒。 ◆方便快捷解决问题，本产品具有适用方便、快速、经济、耐用、可靠等特点，适合高温紧急修补之用。 【1800度高温胶水产品用途】 ◆解决一般胶粘剂无法解决高温运转作业环境下的粘接问题, 于高温下金属、陶瓷、高温炉内衬、金属溶液测温探头、硬质钢锭模具、耐酸罐、加温燃烧器设备装置缺陷的填补、粘接和修补；线形膨胀系数与陶瓷相近，适合于高温仪表、传感器、电阻、热电偶等耐温元件的灌封和高温陶瓷零件的套接、槽接。 【1800度高温胶水使用方法】 ◆表面处理：表面处理对修补效果的影响很大。被修表面应打磨粗糙或喷砂处理，对一些特殊工况要进行特殊处理。 ◆清洗：用专用清洗剂或脱脂棉蘸丙酮清洗打磨过的表面以除去残存油污。 ◆混合耐高温胶水（修补剂）：修补剂是由A、B双组份组成，使用时严格按规定的配合比将A、B双组份充分混合，按质量比A:B＝～：1ml，依施胶工艺的稀稠度而定。建议随用随配，减少浪费。 ◆涂胶：用刮板或胶刀将混合好的修补剂涂或灌于待修或粘接表面，可先涂少许，用刮板或胶刀反复按压，操做时接头最好用套接或镶嵌式结构。
◆固化：可室温固化，也可加热固化，但要严格按照固化条件进行，先在室温放置12小时然后缓慢加热到60～80℃保温2小时，再缓慢加热到150℃保温2小时，再缓慢冷却到室温。切忌直接加热或加热速度过快，冷却速度也不能过快，最好采用炉冷。【以下产品为您排忧解难】
生活中的陶瓷材料及其应用
生活中的陶瓷材料及其应用 【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面，比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领域，也表现在人们的日常生活当中。材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历史，并且随着历史不停的发展，在材料科学领域崭露头角。 【关键字】陶瓷材料应用发展 陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料，普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能，根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。 而我们专业是地理信息系统与其陶瓷材料的联系真的不多，所以在这里就不详细的指出了。陶瓷材料在工程上的应用要数工程塑料了目前，主要的工程塑料制品已有10多种，其中聚酸胺、聚甲醛、聚磷酸酯、改性聚苯酸和热塑性聚酯被称为五大工程塑料．它们的产量较大．价格一般为传统通用塑料的2—6倍．而聚摧硫酸等特种工程塑料的价格为通用塑料的5一10倍。以塑料代替钢铁、木材、水泥三大传统基本材料，可以节省大量能源、人力和物力。陶瓷材料也可合成橡胶的开发利用，由于生产合成橡胶的原料丰富，其良好的性能又可以满足当代科技发展对材料提出的某些特殊要求，所以合成橡胶出现几十年来，品种已很丰富，一般可将其分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两类。通用合成橡胶性能与天然橡胶相似，用于制造一般的橡胶制品，如各种轮胎、传动带、胶管等工业用品和雨衣、胶鞋等生活用品。特种合成橡胶具有耐高温、耐低温耐酸碱等优点，多用于特殊环境和高科技领域，如航空、航天、军事等方面。陶瓷材料在合成纤维的开发利用方面合成纤维的品种有几十种，但最常见的是六大种：聚酸胺纤维、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氨纶。高分子合成材料具有质量小、绝缘性能好等特点，所以发展很快，但又都有先天不足，即它们都在不同程度上对氧、热和光有敏感性。但是，随着高技术的迅速发展，高分子合成材料的大军必将在经济生活中扮演举足轻重的角色。陶瓷材料中已崛
特种陶瓷材料的研究进展[1]
文章编号：1006-2874（2010）05-0071-04 特种陶瓷材料的研究进展 葛伟青 （唐山学院，唐山：０６３０００） 中图分类号：ＴＱ１７４．７５文献标识码：Ａ 特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷,突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料,有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为现代高性能复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地位。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 １概述 特种陶瓷通常包括结构陶瓷、功能陶瓷(电子陶瓷)和生物陶瓷等.结构陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性,功能陶瓷具有导电、半导性、绝缘、压电、透光、光电、电光、声光、磁光等性能,生物陶瓷具有医疗(人工关节.骨、牙齿等)和催化等功能,在现代工业技术,特别是在高新技术领域中的地位日趋重要。 中国科学院上海硅酸盐研究所所长罗宏杰在佛山市加快发展特种陶瓷推介会上发言说，特种陶瓷具备传统陶瓷不具备的多种特性，消耗低、利润高，应用前景十分广阔。预计2010年全国的市场规模将达到400亿元。世界的市场规模将达到1500亿美元。中国经济的高速发展,将为特种陶瓷制造业提供广阔的市场与发展空间。 目前,高温结构陶瓷研究的主要目标仍然是燃气轮机、活塞发动机和磁流体发电机用的材料。高温结构陶瓷的应用在汽车、飞机、火箭等领域获得了成功。福特公司研制的汽车用轮机的机头、定子和叶轮都是用氮化硅制作的,热交换器是用蜂窝状结构的结晶化玻璃制成的。超音速飞机发动机和火箭燃烧室内壁、隔热衬层等高温部位都利用到了陶瓷材料。美国研制成功了AGT100和AGT101型全陶瓷汽车发动机,其进口温度分别达到了1290℃和1370℃,比超合金高200 ~260℃。 ２粉末制备技术进展情况 目前最引人注目的粉末制备技术是超高温技术。利用超高温技术可廉价地研制特种陶瓷。 超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质，能够获得纯度极高的物质，生产率会大幅度提高，可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶-凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。 ３特种陶瓷成形方法及特点 ３．１干法成型 干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等方法。 3.1.1钢模压制成型（干压法） 将含有少量增塑剂、具有一定粒度配比的陶瓷粉末放在金属模内,在压机上受压,使之密实成型。钢模压制的优点是易于实现自动化,所以在工业生产中得到较大的应用。 3.1.2等静压成型 等静压成型是通过施加各项同性压力而使粉料一边压缩一边成型的方法。等静压力可达300MPa左右。在常温下成型时称为冷等静压成型,在几百摄氏度到2000℃温区内成型时称为热等静压成型。等静压有两种方式:干袋法和湿袋法。湿袋法是将粉末或颗粒密封于成型橡胶模型内,置于高压容器 收稿日期：2010-04-15 通讯联系人：葛伟青，E-mail:hbtsgwq@https://www.wendangku.net/doc/441810279.html, ＣＨＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＩＮＤＵＳＴＲＹＯｃｔ．２０１０Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．５ 中国陶瓷工业 ２０１０年１０月第１７卷第５期
超高温陶瓷
２０１１年４月 第４７卷第２期 航宅精密制造技术 ＡｖｌＡＴ｜ｏＮＰＲＥｃｔｓｌｏＮＭＡＮＵＦＡＣＴＵ砒ＮＧＴＥｃＨＮｏＬＩ）ｅ１ 舾２０１１ 眦４７Ｎｏ．２ ＳＰＳ制备ＺｒＢ２基超高温陶瓷的研究进展 姜子晗。汪涛 （南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京２１１１０６） 【摘要】本文阐述了放电等离子体烧结（ＳＰＳ）技术的相关情况，介绍了ＺｒＢ：基超高温陶瓷的特点、优势、性能以及国内外的ＳＰＳ制备方法，探讨了不同添加剂的助烧效果以及相关机理，展望了我国ＺｒＢ，基超高温陶瓷的应用前景。 【关键词】放电等离子体烧结；ＺｒＢ：；超高温陶瓷 ［中图分类号］＇ＩＴｌ２４．５［文献标识码】Ａ【文章编号］１００３—５４５１（２０１１）０２—００３４一０４ ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＺｒＢ２一ｂａｓｅｄＵｌｔｒａ—ＩｌｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｅｒａｍｉｃｓｂｙ ＳｐａｒｋＰｌａｓｍａＳｉｎｔｅｒｉｎｇ ＪＩＡＮＧＺｉ—ｈａｎ，ＷＡＮＧＴａｏ （ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ８ｅｒｏｎｓｕｔｉｃ８ａｎｄａｓｔｍｎａｕｆｉｃｓ，Ｆａｃｕｌｔｙｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１０６） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ叩ａｄ‘ｐｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＳＩＳ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅＷａＳ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒ，ａｄｖａｎｔａｇｅ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄＳＰＳｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｔＺｒＢ２一ｂａｓｅｄｕｌｔｒａ—ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｅｒａｍｉｃｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，曲ｗｅｌｌ鼬ｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｉｎｔｅｒｉｎｇａｉｄｓａ∞ｄｉｓ－ｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｒｅｎｄｓｏｆＺｒＢ２一ｂａｓｅｄｕｌｔｒａ—ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｅｒａｍｉｃ８ｉｎＣｈｉｎａａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｓｐａｒｋｐｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ＺｒＢ２；ｕｌｔｒａ—ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｅｒａｍｉｃｓ 引言的导电性（可线切割）和导热性，呈现出陶瓷与金属的 在极端温度条件下（１０００％以上）使用的具有一 定性能的陶瓷称为超高温陶瓷。例如在高超声速飞行 器的飞行中，鼻锥、密封面、热防护系统面板、发动机热 端、机翼及尾翼前缘所用陶瓷都需承受超高温，并要求 抗氧化、抗热冲击、具有足够的强度和韧性。满足这一 系列苛刻要求是超高温陶瓷研究的重点。 ＺｒＢ：属六方结构，是Ｂ和ｚｒ之间最稳定的一种化 合物，如图１。Ｂ原子与ｚｒ离子交替堆垛。Ｂ原子层 具有石墨层状结构，原子间以共价键结合；Ｚｒ离子层 亦紧密堆垛，层内与层间分布游离态电子，具有金属键图ｌＺｒＢ２晶体结构 结构；相邻层之间以ｚｒ—Ｂ离子键结合。这种结构特双重性。ＺｒＢ：基陶瓷比高温合金抗氧化与耐高温性性决定了ＺｒＢ，具有高熔点（３０４０。Ｃ）和硬度，以及良好更好；比Ｃ／Ｃ复合材料使用周期更长；比氧化物和碳 ?鲥?
先进陶瓷材料研究现状及发展趋势
先进陶瓷材料研究现状及发展趋势 概述：结构陶瓷和功能陶瓷，结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷，它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、抗热震等特性；结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用陶瓷基复合材料。功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为 结构陶瓷。 粉体特性： 粉体的特性对先进陶瓷后续成型和烧结有着显著的影响，特别是显著影响陶瓷的显微结构和机械性能。通常情况下，活性高、纯度高、粒径小的粉体有利于制备结构均匀、性能优良的陶瓷材料。同时，粉体的高效分散技术也存在较大差距。 粉体制备方法：陶瓷粉体的制备主要包含固相反应法、液相反应法和气相反应法3大类， 固相反应法：其中固相反应法特点是成本较低、便于批量化生产，但杂质较多， 主要包括碳热还原法〔碳化硅（Si C）粉体、氧氮化铝（Al ON）粉体）〕、高温 固相合成法（镁铝尖晶石粉体、钛酸钡粉体等）、自蔓延合成法氮化硅〔（Si3N4） 粉体等300余种〕和盐类分解法〔三氧化二铝（Al2O3）粉体〕等。 液相法：液相反应法生产的粉料粒径小、活性高、化学组成便于控制，化学掺杂 方便，能够合成复合粉体，主要包括化学沉淀法、溶胶——凝胶法、醇盐水解法、 水热法、溶剂蒸发法。 气相法：气相反应法包括物理气相沉积和化学气相沉积2种。与液相反应法相 比，气相反应制备的粉体纯度高、粉料分散性好、粒度均匀，但是投资较大、成 本高 先进陶瓷的成型技术：（4种） 干法压制成型：干压成型、冷等静压成型； 塑性成型：挤压成型、注射成型、热蜡铸成型、扎膜成型； 浆料成型：注浆成型、流延成型、凝胶注模成型和原位凝固成型； 固体无模成型：熔融沉积成型、
简述陶瓷材料的发展
简述陶瓷材料的发展 090201 王宇辰20090536 摘要先进陶瓷材料因其具有高熔点、高强度、高硬度、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化等优良特性, 在许多应用领域有着金属等其它材料不可替代的地位。本文综述了先进结构陶瓷材料的研究应用现状和发展趋势。 关键词先进陶瓷，结构陶瓷，研究进展 1 前言 20 世纪60 年代以来，新技术革命的浪潮席卷全球，计算机、微电子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新兴技术的出现和发展，对材料提出了很高的要求，能够满足这些要求的先进陶瓷材料应运而生，并在这些技术革命中发挥着重要的作用，同时也极大地促进了陶瓷科学的发展和应用，使陶瓷材料又一次焕发出了青春, 在尖端科学领域得到广泛的应用, 如航天、航空、汽车、体育、建筑、医疗等领域。先进陶瓷是有别于传统陶瓷而言的，不同国家和不同专业领域对先进陶瓷有不同叫法。先进陶瓷也称高技术陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特种陶瓷、工程陶瓷等。先进陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，但远远超出了传统陶瓷的范畴，是陶瓷发展史上一次革命性的变化。通常认为，先进陶瓷是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。先进陶瓷按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷。先进结构陶瓷材料由于具有一系列优异的性能，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环保、提高生产效率、延长机器设备寿命、保证高新技术和尖端技术的实现方面都发挥了积极的作用。本文着重介绍近年来结构陶瓷的研究进展及发展趋势。 1 生产工艺技术方面的新进展 1）在粉末制备方面：目前最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷，还可廉价地研制新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。此外，利用超高温技术还可以研制出像钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。例如日本在4000~15000℃和一个大气压以下制造金钢石，其效率比现在普遍采用的低温低压等离子体技术高一百二十倍。 超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质；能够获得纯度极高的物质；生产率会大幅度提高；可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。据统计，2000年日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶、凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。在这几种方法中，绝大部分是近年开发研究出来的或是在近期得以完善的。 2）成型方面：特种陶瓷成型方法大体分为干法成型和湿法成型两大类， 干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等； 湿法成型大致可分为塑性成型和胶态浇注成型两大类。