耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展

陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。     

多层基板中的多层陶瓷共烧技术

多层陶瓷共烧基板是一种成本低、性能可靠、布线层数多的基板制作技术，多层基板是实现高密度封装的关键技术之一。本文介绍了多层陶瓷共烧基板的制作技术、材料选择、应用和发展趋势，着重介绍了ＡＩＮ多层基板的烧结和金属化。     

ZrN-Nb复合材料的致密化及力学性能

选择Nb作为添加剂,在1500~2000℃热压烧结制备了ZrN-Nb复合材料。研究烧结温度和添加剂对ZrN-Nb复合材料的组织结构及力学性能的影响规律。Nb的添加提高了复合材料致密度,1600℃烧结的ZrN-5%(原子分数)Nb复合材料,其致密度达到98.5%。通过XRD和晶格常数的测量发现,当烧结温度改变时,材料的结构也随之改变,这可能是由于ZrN-Nb复合材料形成了(Zr,Nb)N固溶体,提高了物质扩散速率进而促进烧结致密化,同时在非化学计量的(Zr,Nb)N1-x的形成中,释放出少量的氮可减少试样中闭气孔的形成,这也有利于ZrN-Nb复合材料形成高致密度。加入Nb后材料的致密度提高,其维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和抗弯强度都有不同程度的提升。1600℃烧结的ZrN-Nb复合材料的弹性模量、抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度依次达到了238 GPa,463.3 MPa,7.0 MPa·m1/2和10.7 GPa。     

高致密反应烧结SiC_f/SiC复合材料的微观结构与性能

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料是航空发动机热结构部件的关键材料。基于国产KD-II碳化硅纤维,利用反应熔渗工艺制备了高致密的SiC_f/SiC复合材料,研究了其微观结构、常温/高温力学性能、热物理性能和高温长时氧化稳定性。反应熔渗制备的SiC_f/SiC显气孔率仅为1.6%,室温弯曲强度为(521±89)MPa,1200℃高温弯曲强度为(576±22)MPa,呈非脆性断裂特征,具有优异的高温力学稳定性。厚度方向常温热导率高达41.7W/(m·K),1300℃热导率为18.9W/(m·K)。SiC_f/SiC复合材料经1200℃氧化1000h仍保持非脆性断裂特征,弯曲强度为(360±54)MPa,仅下降19%,仍保持非脆性断裂特征。反应烧结制备的SiC_f/SiC复合材料具备优异的耐高温抗氧化性能,有望满足航空发动机热端部件对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的应用需求。     

Cf/ZrB2-SiC复合材料的高温氧化行为及机理

将不同比例的ZrB2和SiC粉体充分混合,并在其中均匀分散短切碳纤维(约2 cm),采用热压烧结工艺制备出具有不同ZrB2/SiC比例的短切碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料.SiC可显著促进ZrB2陶瓷的烧结致密化程度,添加了18 vol%SiC的ZrB2在1850℃下热压烧结,致密度达96%以上.对该复合材料分别在1000、1200及1400℃下进行静态氧化实验.结果表明,试样在氧化过程中其表面生成的硼硅酸盐玻璃和ZrO2、SiC等物质在表面形成一层有效的保护膜,因而能够有效阻止材料的进一步氧化.同时,随氧化温度升高和时间延长,氧化过程中形成的硼硅酸盐玻璃量增加,可更有效的覆盖材料表面,提高材料抗氧化能力.     

用热等静压工艺改善陶瓷和金属材料的性能

采用热等静压加工工艺可以提高陶瓷和金属铸件的质量。 采用热等静压技术可以使陶瓷部件具有优异的性能。对烧结陶瓷或压制粉末毛坯在高温-高压下反复进行处理就可去掉材料中残留的空隙,并把粉末压缩成完全致密的材料。因此,可以把陶瓷零件加工成几乎不需     

氧化锆陶瓷基高温自润滑材料

为了,解决较宽温域范围内特别是高温下材料的润滑问题,本文采用热压烧结方法制备了一系列含各种不同固体润滑剂(Mo、MoS2、BaF2、CaF2、BaF2/CaF2、CuO)的氧化锆基高温自润滑陶瓷复合材料.其中ZrO2(Y2O3)-Mo-BaF2/CaF2系列复合物在800 ～1 000℃表现出较低的摩擦因数,在1 000℃摩擦因数低至0.28左右,已接近工程应用的许用值;另一种ZrO2(Y2O3)-MoS2-CaF2系列复合物同SiC陶瓷球对磨时在800～1 000℃内摩擦因数为0.30 ～0.22,具有较好的摩擦磨损性能.     

Cf/SiC陶瓷基复合材料发展状况

Ｃｆ／ＳｉＣ陶瓷基复合材料作为高温结构材料,在高性能发动机上具有潜在的应用前景。本文综述了制备Ｃｆ／ＳｉＣ陶瓷基复合材料增强相－－碳纤维的发展;Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料的基本制备工艺及性能（包括力学性能、复合材料氧化性能、界面性性质等）;复合材料当前的应用等各方面的发展。最后指出了有待解决的问题和今后努力的方向。     

等离子喷涂(RE–Al)TaO4钽酸盐环境障涂层性能研究

陶瓷基复合材料作为广泛应用于航空航天领域的先进结构材料,在实际服役环境中依赖于环境障涂层的保护作用,钽酸盐以其优异的高温热–力学性能和与陶瓷基复合材料适配的热膨胀系数((3.5～5.5)×10^–6 K^–1)成为极具潜力的环境障涂层材料。通过大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)工艺在碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_f/SiC)表面成功制备了(AlTa_x)B_2–2xO₄/(RE–Al)TaO₄复合涂层,探索了涂层的最佳热处理工艺条件,同时对不同涂层结构方案的复合材料涂层试样进行1300℃热疲劳考核和弯曲强度测试,筛选出具有最优抗热疲劳性能的涂层结构,并通过XRD、SEM以及金相显微镜对涂层的表面形貌、裂纹扩展及元素分布进行了分析表征,相对于传统材料涂层,钽酸盐复合涂层以其在高温下优越的综合性能成为极具潜力的环境障涂层。     

亚微米晶NiAl-Al2O3复合材料的制备及其烧结-锻造短流程成形

以Ni粉和Al粉为原料,通过机械合金化和真空热压烧结制备了高致密的NiAl-5％Al2O3(体积分数,下同)复合材料,并利用烧结-锻造技术制成了该材料的前缘模拟件.机械球磨后,粉末颗粒充分细化,Ni和Al发生原位反应,并最终生成NiAl-5％Al2O3复合材料粉末.经1300℃真空热压烧结,获得致密的NiAl-Al2O...     

未来航空发动机材料的发展

本根据未来航空发动机的要求，综述了各种先进材料（第三代单晶合金、双性能高温粉末合金、热障涂层、钛合金及钛铝复合材料、金属基复合材料、陶瓷及其复合材料、高温结构c/c复合材料及聚合物基复合材料等）的性能、特点及应用情况，从而为新材料的选用提供参考，并作为今后进一步论证的起点。     

浆料-烧结法制备ZrB2-SiC-B4C涂层及性能研究

通过浆料刷涂-烧结法在Cf/SiC复合材料表面制备了ZrB2-SiC-B4C超高温陶瓷涂层,研究了浆料中粉末填料、稀释剂的质量分数及高温烧结温度对涂层形貌、成分和相组成的影响。结果表明:当粉末填料与树脂质量比为1∶1、稀释剂与树脂质量比为1∶2、高温烧结温度为1 500℃时,在Cf/SiC表面可形成致密、结合力强的ZrB2-SiC-B4C涂层。涂层内部相组织均匀,Ra1μm,孔隙率约为4. 2%,平均拉伸剪切强度约为5. 4MPa。1 500℃等温氧化30 h后,有涂层Cf/SiC复合材料的失重率约为10. 7%,涂层表面形成了完整的含有ZrO2-SiO2的复合氧化膜,为基体提供了有效的氧化防护。这说明Cf/SiC复合材料表面涂覆ZrB2-SiC-B4C涂层有望满足高温燃流环境的使用要求。     

热压工艺对SiO2f／SiO2复合材料结构与力学性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了SiO2短纤维补强增韧的SiO2玻璃陶瓷基复合材料，研究了烧结温度和保温时间对其显微结构和力学性能的影响规律，结果表明，SiO2f/SiO2复合材料的强度和韧性较石英玻璃有明显改善；延长热压保温时间、提高烧结温度、虽有利于材料致密化，但析晶量增加和纤维退化更严重，复合材料的强度和断裂韧性随之下降。     

C／PMR—15复合材料热氧稳定性的研究

研究了在316℃、371℃流动空气中热氧化对C/PMR-15复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响。纤维表面经空气冷等离子体处理及表面涂覆聚合物处理,改善了C/PMR-15复合材料的热氧稳定性。采用SEM分析了C/PMR-15复合材料热氧化后材料破坏情况。     

耐热钛基复合材料制备加工及应用综述

钛合金以其高比强度、高比刚度以及耐高温性能备受航天航空等领域的青睐。合金化手段已无法使钛合金突破600℃服役温度瓶颈,无法满足超高速飞行器及新型航空发动机等航空航天装备更高服役温度需求。向高温钛合金中原位引入多元多尺度的陶瓷增强相,精准控制其形成特定构型结构是实现更为优异高温性能的有效途径之一。这种新型材料也被称为耐热钛基复合材料,其使用温度较传统钛合金可提高50～200℃,受到广泛关注。本文针对耐热钛基复合材料的研制,从复合构型设计及制备、近净成形加工技术（增材制造、精密铸造、等温超塑性成形）及高温力学性能等方面,全面综述了以上研究进展及应用现状,并提出该材料目前存在问题以及未来发展方向。     

耐超高温材料研究

综述了可用于2200—3000℃高温环境下难熔金属、陶瓷及碳／碳复合材料等研究进展和各种材料的优缺点；介绍了提高材料性能所采取的方法，指出了耐超高温材料研究的发展方向。     

氮化铝颗粒增强聚合物基板材料的制备及介电性能研究

采用氮化铝(AlN)颗粒作为增强材料,以环氧树脂(E-51)为聚合物基体,制备了陶瓷颗粒/聚合物复合电子封装与基板材料.对该复合材料的成型工艺、介电性能和导热性能进行了系统的研究.随着陶瓷颗粒增强材料含量的增加,复合材料的导热性能得到改善.在加入了陶瓷颗粒增加了复合材料导热性的同时,仍维持了聚合物材料低介电常数的优点.     

SPS烧结温度对ZrB_2-SiC复合陶瓷性能的影响

以放电等离子烧结法(spark plasma sintering,SPS)分别在1700℃和1900℃烧结制备Zr B2-20%Si C(ZS)复合陶瓷(分别简称为ZS1700和ZS1900),通过分析两种陶瓷的SEM、EDS、硬度、断裂韧度、高温弯曲强度、氧化增重和氧化截面等,研究烧结温度对ZS复合陶瓷微观结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:烧结温度由1700℃提升至1900℃,ZS陶瓷晶粒长大,致密度由98%提高至99.8%,硬度由12.6 GPa提高至14.7 GPa;1600℃弯曲强度由101 MPa提高至286 MPa,1800℃弯曲强度由138 MPa提高至302 MPa,高温弯曲强度显著提高;与ZS1700相比,ZS1900在1500℃空气中的氧化深度小,基体中氧渗入量较少,抗氧化性能有一定提升。     

4D打印技术的研究进展

4D打印是实现对智能材料的增材制造技术。本文基于复合材料、形状记忆聚合物、形状记忆合金等材料简要综述了4D打印智能材料的研究进展。目前复合材料的4D打印向着多材料精确复合、响应速度快、成形材料功能化等方向发展;4D打印形状记忆聚合物则朝着形态可控、实现特定动作等方向发展;4D打印形状记忆合金,目前向着相转变行为精确调控、变形可控等方向发展。由于目前4D打印形状记忆合金存在诸多未解决的问题,本文提出了获得近全致密4D打印形状记忆合金需考虑的因素;成形孔隙对其综合性能的影响;组织性能调控;变形控制;性能指标调节的冗余度问题;需要突破的科学问题等相关思考。总体而言,随着新型原材料、成形方法、控制软件和机器精度的不断发展,4D打印技术发展迅速,正逐步走向智能化、精确化和高效化。     

连续纤维增韧陶瓷基复合材料的发展及在航空发动机上的应用

介绍了连续纤维增韧陶瓷基复合材料的结构组成以及陶瓷基体材料、增强体纤维、界面层的发展情况,概述了连续纤维增韧陶瓷基复合材料在国内外航空发动机热端部件上的应用。从工程运用角度,探讨了连续纤维增韧陶瓷基复合材料工程化运用面临的问题及解决措施。结合我国航空发动机的发展需求及连续纤维增韧陶瓷基复合材料研究、应用现状,提出了加快连续纤维增韧陶瓷基复合材料研究及工程化应用的建议。