(1)高比强度和高比模量 因纤维的比强度和比模量要比基体材料的高得多,在复合材料中纤维承担了一部分载荷,同时,有效地引入了不同的吸能机制,因而提高了复合材料的断裂韧度,基体陶瓷则使复合材料保持了陶瓷材料的耐高温、低膨胀、热稳定性好、强度高等优点。
(2)性能的可设计性 可以通过对物相组成的选择(化学相容性)、物理性能的匹配(物理相容性)以及制备工艺对复合材料的性能进行设计,得到能够适应不同使用部位和使用环境要求的性能相差很大的各种复合材料。
(3)性能的各向异性 可以通过性能设计和一定的成型工艺,制备出符合实际需要的性能各向异性的材料,以满足复合材料制件在不同方向上的性能要求。
(4)破坏的非灾难性 当复合材料受载产生裂纹扩展时,高强、高模的纤维通过多种耗能机制,如纤维的脱粘、桥接和拔出等,来提高材料的韧性。防止复合材料出现灾难性的脆性断裂。
2.纤维增强陶瓷基复合材料的应用[100](www.xing528.com)
(1)在发动机领域的应用 要提高航空发动机的效率,必须提高其工作温度,纤维增强陶瓷基复合材料非常适合作高温结构材料。如应用于整体燃烧室、叶片、排气喷管、尾喷管等[107]。目前,纤维增强陶瓷基复合材料在液体火箭发动机上已获得成功应用,在固体火箭发动机上的应用研究正在进行[108]。
(2)在摩擦领域中的应用Cf/C—SiC复合材料在20世纪90年代中期开始应用于摩擦领域。具有成本低、环境适应性强(如湿态下摩擦因数不衰退)等优势,因此成为最新一代高性能制动材料而引起研究者的广泛关注和重视。美、德、日等工业发达国家正逐步展开其理论和应用研究。如德国斯图加等单位的研究人员已研制出Cf/C—SiC刹车片并应用于Por-sche(保时捷)轿车中[109]。国内对此研究起步较晚,直到21世纪初中南大学才开始Cf/C—SiC摩擦材料的制备和摩擦磨损机理的研究[110],几年来,取得了长足的进展,正准备将其应用于某型号直升机旋翼用刹车片、某型号坦克用刹车盘和闸片以及高速列车刹车闸片等。
(3)在轻型光学反射镜中的应用 未来空间光学系统要求在较宽(从紫外、可见光、红外、甚至延伸到X-射线、γ-射线)的电磁波段范围内有很好的成像质量,只有采用全反射光学系统才能满足应用要求。在反射式光学系统中反射镜是关键部件,除了满足光学应用要求外,还要求其质量轻。SiC基复合材料是一种十分理想的卫星反射镜材料,对SiC光学反射镜的研究大约始于20世纪70年代,到目前为止,SiC基复合材料已经用于制造超轻反射镜、微波屏蔽反射镜等光学结构部件[111]。
(4)在高温连接件中的应用 近年来,连续纤维增强陶瓷基复合材料用于热结构材料的机械连接已取得相当程度的进展。主要应用于连接温度固定的热外表面和航空框架结构中的冷衬垫。这种高温复合材料适合制造应用于温差特别大的航空航天结构件,诸如宇空镜组合件,它的一边有冷却部件暴露于非常高的热通量和温度下,而另一边温度偏低。Cf/SiC复合材料高温连接件能够满足上述严酷环境中的性能要求,目前可生产的连接件尺寸在8~12mm范围内[112]。
(5)在热保护系统中的应用 在航空航天领域,当飞行器进入大气层后,由于摩擦产生的大量热量,导致飞行器受到严重的烧蚀,为了减小烧蚀,需要一个有效的防热体系。如航天飞机和导弹的鼻锥、导翼、机翼和盖板等[108]。而纤维增强陶瓷基复合材料是制作抗烧蚀表面隔热板的较佳候选材料之一。此外,还应用在原子能聚变反应堆第一壁作为核燃料的包封材料,在先进发电装置中作超高温热交换器和燃烧器内衬,或作飞机驾驶员的防弹用品及环保中的高温过滤器等。
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