高温合金713C厂家分享复合材料中的陶瓷基材料能够在两千摄氏度以上的氧化气氛中使用

发布时间：2022-12-14
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在上一期的内容中，小编为大家讲解了金属基复合材料的相关知识，今天高温合金713C厂家的小编想分享的是关于另一种复合材料-陶瓷基复合材料的相关知识。陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。

高温合金713

陶瓷基复合材料具有密度低、耐高温、高热导率、高弹性模量等优异的物理性能，并能在高温下保持很高的强度、良好的抗热震性和适中的热膨胀率，对减轻发动机涡轮叶片质量和降低涡轮叶片冷气量意义重大，是高温领域较有前途的材料。在2000 ℃以上氧化气氛中可用的候选材料主要是碳化物和硼化物。
(1)碳化物陶瓷基复合材料连续纤维增强的SiC陶瓷基复合材料目前主要有 SiCf/SiC(SiC纤维增强)和 Cf/SiC(C 纤维增强)两大类，具有高韧性、低密度、良好的热稳定性和化学稳定性等优点。Cf/SiC 在惰性环境中超过2000℃仍能保持强度、模量等力学性能不降低，但在高于400℃的氧化性气氛中易氧化，导致材料性能降低。SiC纤维具有较高的抗氧化能力，与SiC陶瓷基体有极好的相容性，氧化气氛中长期使用温度可达1400℃，使得SiC纤维强化的复合材料在性能上进一步提高。SiCf/SiC的主要应用领域包括推重比达10以上的航空发动机热端及测温保护部件。HfC陶瓷的熔点高达3928℃，具有线膨胀系数相对较低、硬度较高等优点，能较好满足高温环境下的使用要求，但是抗氧化性能较差。在HfC内添加Ta和Pr可以改善其抗氧化性。ZrC陶瓷的性质与HfC相似，ZrC一般与其他材料复合使用，如使用SHS工艺制备的ZrB2和ZrC粉，在1800℃进行SPS烧结，可以研制出高致密度的ZrB2-ZrC复合材料，其硬度可达17.8GPa，断裂韧性为3.8 MPa·m1/2。通过添加镧烧结助剂，在无压烧结的条件下可以得到ZrB2-ZrC复相陶瓷。此外，ZrC还可以与C、SiC等材料制备成ZrC/C和ZrC-SiC复合材料。
(2)硼化物陶瓷基复合材料ZrB2和HfB2等硼化物具有高熔点、高硬度、高热导率和良好的抗热震等优点。单相ZrB2和HfB2在1200 ℃以下具有良好的抗氧化性，高温环境加入SiC可以显著提高它们的抗氧化性能。ZrB2-SiC材料具有很高的强度(超过1000 MPa)、抗氧化性和良好的抗热震性。ZrB2-SiC复合材料在1800～2400℃范围内在最外层形成SiO2层，在最内层形成ZrO2，SiC与ZrO2在内部氧化区内共存。通过添加高强度、高硬度的SiC纤维来制备ZrB2-SiC复合材料，可以明显提高抗弯强度和抗氧化性。HfB2-SiC体系中，Si可以显著提高抗氧化性能，在高温时形成玻璃相的硅酸盐覆盖在材料的表层，该玻璃相在1600℃以下具有良好的保护作用。美国宇航局在研究ZrB2/SiC和 HfB2/SiC材料的基础上，又系统研究了HfB2/HfC/SiC三元复合陶瓷。结果表明：三元陶瓷的综合性能要比ZrB2/SiC或HfB2/SiC性能更优异，是发动机热端等关键部件最有前途的超高温候选材料。
以上就是小编今天为大家分享的关于陶瓷基复合材料的相关知识，希望看完之后能够对大家有所帮助。