中國粉體網(wǎng)訊 超高溫陶瓷基復(fù)合材料是指在2000℃以上的高溫環(huán)境下能保持物理化學(xué)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(xué)穩(wěn)定性好、抗熱震性能良好等突出優(yōu)勢(shì)，超高溫陶瓷基復(fù)合材料被認(rèn)為是制造航天器熱防護(hù)部件最具前景的材料。
超高溫陶瓷基復(fù)合材料
碳化物陶瓷基復(fù)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(diǎn)高、高溫強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異以及抗熱沖擊性能好等優(yōu)勢(shì)；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(qiáng)其力學(xué)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(fù)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(fù)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(qiáng)的共價(jià)鍵，具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率大、蒸發(fā)率小的優(yōu)勢(shì)，但共價(jià)鍵較強(qiáng)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(fù)合材料，可以獲得較高的二元共晶溫度，改善材料的力學(xué)和抗氧化性能。
連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料
連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料是指以超高溫陶瓷或復(fù)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(qiáng)體，如碳纖維(Cf)、碳化硅纖維(SiCf)等，形成的具有高強(qiáng)度、高韌性、密度小、耐高溫等優(yōu)異性能的超高溫復(fù)合材料。
超高溫陶瓷基復(fù)合材料的制備
目前，碳化物、硼化物超高溫陶瓷基復(fù)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(duì)原料進(jìn)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(duì)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(jìn)模具內(nèi)，從單軸方向同時(shí)進(jìn)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(xué)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(jìn)行粉體制備，成本相對(duì)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(jìn)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(shí)際應(yīng)用中對(duì)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(qiáng)陶瓷基復(fù)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(xué)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(hù)下使其交聯(lián)固化，然后在一定氣氛中進(jìn)行高溫裂解，從而得到陶瓷基復(fù)合材料。此方法的優(yōu)點(diǎn)是：先驅(qū)分子可設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)最終復(fù)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(fù)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(diǎn)。
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(duì)纖維預(yù)制體進(jìn)行部分致密化，最后用熔融金屬進(jìn)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(jìn)行調(diào)節(jié)；但是，由于浸漬溫度高，因此易損傷纖維。
化學(xué)氣相滲透法(CVI)：化學(xué)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(kuò)散至預(yù)成型體周圍并通過孔隙擴(kuò)散進(jìn)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(diǎn)：可在較低溫度下制備熔點(diǎn)較高的陶瓷基復(fù)合材料；可用于制備尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件；制備過程中壓力較低，對(duì)纖維的機(jī)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?zé)Y(jié)得到連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)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(jìn)陶瓷粉體的分散，提高復(fù)合材料綜合性能，但是泥漿中粉體分布很難均勻化，導(dǎo)致材料力學(xué)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(yán)春雷、劉榮軍等.超高溫陶瓷基復(fù)合材料制備工藝研究進(jìn)展
齊方方、王子欽等.超高溫陶瓷基復(fù)合材料制備與性能的研究進(jìn)展
楊金華、劉占軍等.共熔法制備超高溫陶瓷基復(fù)合材料
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除
