在悠久的史乘长河中，陶瓷是人类重要的生形成活材料，我国事陶瓷的故土，英语中china既指陶瓷又指华夏，陶瓷之于华夏的重要意义不问可知。但是，陶瓷不但仅是国学，不但仅是一件件鬼斧神工的艺术品，不但仅是咱们个别所行使的瓶瓶罐罐、碗碗碟碟，在当代高新科技中依旧有它的身影。年的国度科学技巧奖颁出了曾经络续空缺6年的国度技巧创造一等奖，此中一项即是西北产业大学张立同院士项目组结尾的“耐高温龟龄命抗氧化陶瓷基复合材料运用技巧”，陈腐的陶瓷材料在高精尖的航空航天周围仍旧进贡着本人的聪颖。那末，甚么是陶瓷基复合材料？它为甚么本事高温、龟龄命、抗氧化呢？它在航空航天周围又表现着何如样的效用呢？当日咱们就讲解一下陶瓷基复合材料。

1.陶瓷与陶瓷基复合材料

陶瓷众人在平常生涯都屡屡来往和行使，譬如说碗，众人用碗时的直接觉得有不怕烫、轻、坚固、褂讪色、耐磨耐用、易碎等，这些直觉感应刚好对应着陶瓷材料的优毛病。陶瓷材料的长处有耐高温、低密度、高比强、高比模、高硬度、抗氧化、耐侵蚀、耐磨损等，但陶瓷材料也有两个致命毛病，脆性大和牢固性差，使劲学谈话刻画即是强度和韧性都很低，陶瓷材料的实际强度不但远低于理论强度，并且改变规模很大。咱们既想行使陶瓷材料的长处，又想克复陶瓷材料的毛病，提升它的强度和韧性，何如办？理论探索和实际声明，进展陶瓷基复合材料是陶瓷强韧化的有用路径。

陶瓷基复合材料（CeramicMatrixComposite，CMC）浅显地说就因此陶瓷材料为基体，经过各类强韧化路径，提升陶瓷材料的强度和韧性。今朝，强韧化路径概括起来重要有四种：纳米晶粒增韧、原位自生增韧、仿生布局增韧、巩固体增韧。前三种咱们临时不谈，众人假设感趣味能够本人详细认识，只说末了一种巩固体增韧，又分为三种：颗粒增韧、晶须增韧和络续纤维增韧。这此中，前两种咱们也临时不谈，只说末了一种络续纤维增韧，为甚么？由于络续纤维增韧是今朝陶瓷基复合材料增韧补强成就最好的路径，恰是它使得陶瓷基复合材料成为新式耐高温、低密度热布局材料，恰是它使得陶瓷基复合材料在航空航天周围开垦出广大的运用前程，咱们鄙人一节连续讲解。

上头的体例，能够概括为下图和下表。

2.络续纤维巩固韧陶瓷基复合材料

在讲解了甚么是陶瓷基复合材料以后，咱们还要连续讲解此中强韧化成就最好的络续纤维巩固韧陶瓷基复合材料（ContinousFibre-reinforcedCeramicComposite，CFCC），CFCC能够类比罕见的复合材料，由基体和巩固纤维构成，只不过基体为陶瓷材料，与之相仿的复合材料尚有络续纤维围拢物基复合材料（CFPC）和络续纤维金属基复合材料（CFMC）。

关于复合材料，在纤维与基体界面不产生滑移的前提下，混正当则奉告咱们，纤维与基体要知足模量般配的前提，即模量比大于1，才华表现纤维的巩固效用。注重前提前提是纤维与基体界面不产生滑移，即纤维与基体应变雷同，复合材料为界面强分离方法。个别来讲，关于CFPC和CFMC，很简单知足模量般配请求，但关于大部份CFCC来讲，基体的模量较高，个别会浮现纤维与基体的模量失配，因而CFCC要抵达巩固增韧的成就就要抛却界面强分离的方法，界面弱分离是CFCC结尾巩固增韧的前提前提，弱界面分离的方法如下图。

探索还发觉，复合材料的做废形式与纤维的临界长度关系。所谓的纤维临界长度，是指纤维在材料编制中被拉伸时，能够抵达最大应力所需的最小长度。浅显地表明，统一编制中纤维越长，纤维内或许浮现的最大应力越大，但当纤维长度抵达某一长度以后，或许浮现的最大应力值将不会增加，而只会伸展纤维内或许抵达最大应力的地区规模，这一长度就称为纤维的临界长度。临界纤维长度过长，复合材料将产生非积累型毁坏，强度低而韧性高；临界纤维长度适中，复合材料将产生混杂型毁坏，具备公道的强度和韧性般配；临界纤维长度过短，复合材料将产生聚合型毁坏，强度低韧性也低，咱们个别希望纤维产生混杂型毁坏。关于界面弱分离的CFCC，跟着纤维临界长度的增加，材料的韧性抬高而强度低沉，是以纤维的临界长度要操纵在必定规模内才华使CFCC产生混杂型毁坏。而关于统一种纤维，纤维的临界长度又受界面分离强度的影响，因而不但要使CFCC以界面弱分离的方法存在，还要使CFCC的界面弱分离以恰当的强度存在，才华结尾CFCC强韧化的最好成就。

CFCC具备硕大的材料编制，基体可分为玻璃陶瓷基、氧化物基和非氧化物基三种，巩固纤维可分为碳纤维、氧化物纤维和非氧化物纤维，如下图所示。

（1）玻璃陶瓷基CFCC多行使SiC纤维，品种稠密，行使温度和机能可取舍规模大，可加工性好，做为布局材料和机能材料都有着遍及的运用；

（2）氧化物陶瓷基CFCC重要行使氧化物纤维，重要题目是界面热物理相容性差，以及纤维简单损伤致使力学机能不高，重要用于对载荷请求不高然则对耐热性请求较高的布局；

（3）非氧化物陶瓷基CFCC具备更高的强度、硬度、耐磨和耐高温机能，尤其是具备更高的高温强度，不断是探索的中心。

在全数的CFCC材估中，络续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料是今朝探索至多、运用最胜利和最遍及的，张立同院士恰是因而而赢得年国度技巧创造一等奖，下一节咱们将连续讲解。

3.络续纤维巩固韧碳化硅陶瓷基复合材料

络续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（CFCC-SiC）重要囊括碳纤维增韧和碳化硅纤维增韧两种（C/SiC、SiC/SiC），CFCC-SiC是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料机能长处的热布局/机能一体化材料，克复了金属材料耐温低和密度大、陶瓷材料脆性大和牢固性差、碳材料抗氧化性差和强度低等毛病，具备耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀，对裂纹不敏锐，不产生灾殃性损毁等特征。CFCC-SiC可代庖围拢物复合材料提升强度和行使温度，代庖金属材料可提升行使温度和减重，与C/C复合材料比拟可提升抗氧化性和行使寿命，成为℃如下龟龄命（数百上千小时）、℃如下有限寿命（数分到数万分钟）和℃如下刹时寿命（数秒至数十秒）的热布局/机能材料，同时具备优异的超低温机能和抗辐照机能。因而，CFCC-SiC遮盖的行使温度和寿命规模宽，运用周围广，重要有八大运用周围，如下图所示。

（1）空间技巧周围：C/SiC可用于超轻布局反射镜框架和镜面衬底，具备分量小、强度高、抗辐射和膨胀系数小等长处，希望办理大型天外反射镜布局轻量化和尺寸褂讪性的困难。

（2）航空带动机：CFCC-SiC可用于喷管、焚烧室、涡轮和叶片等部件，潜在的做事温度提升才能~℃，布局减重50%~70%，是进展高推许比航空带动机的关键热布局材料之一。CFCC-SiC曾经起头运用在航空带动机的某些部件上，实际表明优于保守材料。

（3）刹车制动系统：C/SiC刹车盘与C/C比拟，具备临盆周期短、成本低、强度高、静磨擦系数高级长处，是继C/C以后新一代刹车材料。今朝，C/SiC已运用在高级轿车上，飞机上的运用正在探索和实验之中。

（4）动力周围：SiC/SiC希望用于核聚变反响堆第一壁构件，适应高温辐射处境，也可用于产业燃气涡轮机焚烧室内衬和第甲第覆环中，可提升做事温度，削减或拆除冷却空气。

（5）液体火箭带动机：C/SiC可用于推力室和喷管，可显著减重，提升推力室压力和寿命。卫星用姿控、轨控液体火箭带动机上行使C/SiC替代铌合金焚烧室-喷管已加入有用阶段，远期还将结尾在大型液体火箭带动机上的运用。

（6）冲压带动机：C/SiC可用于亚燃冲压带动机的焚烧室和喷管喉衬，提升抗氧化烧蚀机能和带动机做事寿命，保证航行器长航程，并以加入运用阶段，此后还将运用在超燃冲压带动机的头罩前缘、燃料打针撑持件和自动冷却壁上。

（7）高深声速航行器热防备系统：行使C/SiC做大面积热防备系统可结尾防热/布局一体化，比保守的防热-布局别离系统减重50%，并可提升行使寿命，低沉成本。今朝，美国X-38大地返回舱的机翼前缘、头锥帽、头锥裙部及下颚板（如下图）、机体副翼和组合襟翼均行使C/SiC，欧洲Hermes航天飞机，英国Hotel航天飞机和法国Sanger航天飞机的热防备系统也采纳了C/SiC材料。

（8）固体火箭带动机：CFCC-SiC重要用于气娴熟道的喉衬和喉阀，办理可控固体轨控带动机喉道零烧蚀的困难，提升动能阻挡系统的变轨才能和灵活性，今朝各类策略导弹和运载火箭的上头级带动机喉衬曾经赢得运用。

综上所述，CFCC-SiC可代庖围拢物复合材料做为龟龄命空间布局/机能材料，大幅度提升抗辐射和空间处境机能的褂讪性；代庖高温合金做为龟龄命高温热布局材料，可大幅度削减航空带动机分量，削减燃料和冷却空气度，提升推许比；代庖难熔金属做为有限寿命高温抗冲蚀布局材料，可大幅度检朴液体火箭带动机燃料和冷却剂，提升推力和阻尼性格；代庖C/C复合材料做为有限寿命高温防热布局材料，可大幅度提升深大声速航行器的平安性和灵活性。因而，CFCC-SiC材料被觉得是反响一个国度航空航天器建造才能，干系国度平安的新式策略性热布局材料。

4.归纳

本文咱们遵循由大到小，从高到低的依次讲解了陶瓷基复合材料和络续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料，如下图，它们之间的递进干系能够归纳为：

（1）陶瓷材料脆性大，牢固性差，进展陶瓷基复合材料（CMC）是陶瓷强韧化的有用路径；

（2）络续纤维增韧陶瓷基复合材料（CFCC）是陶瓷基复合材估中增韧补强成就最好的；

（3）在CFCC中，络续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（CFCC-SiC）是今朝探索至多、运用最胜利和最遍及的，是航空航天周围中具备重要策略意义的热布局材料。

起原:航天布局资讯(本文系转载，如触及版权等题目，请联络咱们以便办理)

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