本文關(guān)鍵詞：超高溫陶瓷復(fù)合材料的研究進(jìn)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

2015年 第60卷 第3期：257 ~ 266

專輯: 先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料

評 述

《中國科學(xué)》雜志社

SCIENCE CHINA PRESS

超高溫陶瓷復(fù)合材料的研究進(jìn)展

張幸紅, 胡平*, 韓杰才, 孟松鶴, 杜善義

哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院, 哈爾濱 150080 * 聯(lián)系人, E-mail: huping@ 2014-05-14收稿, 2014-08-20接受

國家自然科學(xué)基金(51202048, 91216301, 11121061)資助

摘要 超高溫陶瓷復(fù)合材料主要由ZrB2, ZrC, HfB2, HfN, HfC, TaC等過渡族難熔硼化物、碳化物和氮化物組成, 這些材料的熔點(diǎn)高于3000℃, 是一類非常重要的高溫結(jié)構(gòu)材料, 近年來在基礎(chǔ)研究和技術(shù)應(yīng)用方面均受到了極大的關(guān)注. 在超高溫陶瓷復(fù)合材料家族中, ZrB2-SiC良和HfB2-SiC基超高溫陶瓷復(fù)合材料因具有優(yōu)異的綜合性能, 包括優(yōu)異的抗氧化/燒蝕性能、好的高溫強(qiáng)度保持率和適中的抗熱沖擊性能, 可以在2000℃以上的氧化環(huán)境中長時(shí)間使用. 這些獨(dú)特的性能使得它們成為高超音速飛行、再入大氣層和火箭推進(jìn)等極端環(huán)境下使用的最有前景的候選材料. 本文對超高溫陶瓷復(fù)合材料的制備、力學(xué)性能、抗熱沖擊性能、抗氧化/燒蝕性能和熱響應(yīng)進(jìn)行了全面的綜述. 對超高溫陶瓷復(fù)合材料組分、微結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的討論, 同時(shí)添加劑對材料性能的影響也進(jìn)行了討論, 這為超高溫陶瓷復(fù)合材料在特定使用環(huán)境的綜合性能的優(yōu)化提供了有效的設(shè)計(jì)原則和方法. 此外, 本文還指出了超高溫陶瓷復(fù)合材料目前存在的挑戰(zhàn), 并對未來的發(fā)展趨勢作了展望.

關(guān)鍵詞

超高溫陶瓷材料

ZrB2 HfB2

力學(xué)性能 抗熱沖擊 氧化 燒蝕

超高溫陶瓷復(fù)合材料主要包括一些過渡族金屬的難熔硼化物、碳化物和氮化物, 如ZrB2, HfB2, TaC, HfC, ZrC, HfN等, 它們的熔點(diǎn)均在3000℃以上[1,2]. 在這些超高溫陶瓷中, ZrB2和HfB2基超高溫陶瓷復(fù)合材料具有較高的熱導(dǎo)率、適中的熱膨脹系數(shù)和良好的抗氧化燒蝕性能, 可以在2000℃以上的氧化環(huán)境中實(shí)現(xiàn)長時(shí)間非燒蝕, 是一種非常有前途的非燒蝕型超高溫防熱材料, 可用于再入飛行器、大氣層內(nèi)高超聲速飛行器的鼻錐、前緣以及發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的關(guān)鍵熱端部件, 對提升高速飛行器氣動(dòng)性能、控制能力、飛行效率等方面將具有貢獻(xiàn), 國內(nèi)外對這種材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究也非常重視, 投入了大量的人力、物力和財(cái)力, 并實(shí)施了一系列的重大計(jì)劃, 取得了顯著的成果.

20世紀(jì)60年代末開始了對這種材料的研究, 但

因原材料的純度不夠很難獲得性能優(yōu)異的超高溫陶瓷復(fù)合材料而被迫放棄. 由于沒有找到更合適的超高溫防熱結(jié)構(gòu)材料, 在放棄了30年后又重新開始了這類材料的研究, 并得到了國際材料界的廣泛關(guān)注[1], 到目前為止發(fā)表超高溫陶瓷復(fù)合材料相關(guān)的論文超過1400篇, 主要集中在超高溫陶瓷復(fù)合材料的制備、力學(xué)性能和抗氧化燒蝕性能方面. 另外, 超高溫陶瓷復(fù)合材料的熱響應(yīng)也得到了學(xué)者的關(guān)注. 本文從這幾個(gè)方面對超高溫陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行全面的綜述, 揭示了超高溫陶瓷復(fù)合材料組分、微結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系, 分析了添加劑對超高溫陶瓷復(fù)合材料性能的影響, 為超高溫陶瓷復(fù)合材料在特定使用環(huán)境的綜合性能的優(yōu)化提供了有效的設(shè)計(jì)原則和方法. 此外, 本文還指出了超高溫陶瓷復(fù)合材料目前存在的挑戰(zhàn), 并對未來的發(fā)展趨勢作了展望.

引用格式: 張幸紅, 胡平, 韓杰才, 等. 超高溫陶瓷復(fù)合材料的研究進(jìn)展. 科學(xué)通報(bào), 2015, 60: 257–266

Zhang X H, Hu P, Han J C, et al. Research progress on ultra-high temperature ceramic composites (in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 60: 257–266, doi: 10.1360/N972014-00456

  本文關(guān)鍵詞：超高溫陶瓷復(fù)合材料的研究進(jìn)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。