鑠思百檢測(cè)DETECTION
OF TECHNICAL SOUSEPAD
DETECTION OF TECHNICAL SOUSEPAD
先進(jìn)無(wú)機(jī)復(fù)合材料國(guó)內(nèi)外發(fā)展對(duì)比 二維碼
發(fā)表時(shí)間：2020-11-27 10:26作者：鑠思百檢測(cè)來(lái)源：鑠思百檢測(cè) 金屬基復(fù)合材料（Metal Matrix Composites，MMC）是以金屬為基體，無(wú)機(jī)非金屬的纖維、晶須、顆?；蚣{米顆粒等為增強(qiáng)體，經(jīng)過(guò)人工復(fù)合而成的新材料。按照基體和增強(qiáng)體的不同，金屬基復(fù)合材料可以分為許多種。通常根據(jù)基體材料不同，金屬基復(fù)合材料可以分為鋁基復(fù)合材料、鎂基復(fù)合材料、鈦基復(fù)合材料、銅基復(fù)合材料、鎳基復(fù)合材料以及鐵基復(fù)合材料等。近年來(lái)，鋁基復(fù)合材料無(wú)論是在理論研究還是技術(shù)應(yīng)用上均取得了很大突破，已成為發(fā)展最快的金屬基復(fù)合材料，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)外研究的主流之一。通過(guò)合理的組分設(shè)計(jì)以及優(yōu)化的復(fù)合工藝，金屬基復(fù)合材料可以發(fā)揮金屬基體與增強(qiáng)體各自的優(yōu)勢(shì)，從而獲得金屬材料與增強(qiáng)體的優(yōu)異性能，如更高比強(qiáng)度和比模量、更好的耐熱性以及更低的熱膨脹系數(shù)等。金屬基復(fù)合材料憑借其優(yōu)異的綜合性能，在眾多航天、交通以及電子領(lǐng)域中均發(fā)揮了不可替代的重要作用。 陶瓷基復(fù)合材料（CMC）的組成包括四部分，增韌纖維、陶瓷基體、界面以及孔隙。陶瓷材料一般脆性較大，限制他的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍，采用連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料是一種行之有效的方法。通過(guò)在陶瓷材料中引入纖維材料，制備連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料可有效解決脆性問(wèn)題，大幅度提高強(qiáng)度，同時(shí)可提高材料的使用溫度。陶瓷基復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)很多，比如低密度（僅為高溫合金的1/4-1/3）、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等。陶瓷基復(fù)合材料工作溫度可達(dá)1650℃，在航空航天、國(guó)防軍工、能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。 目前，使用較為廣泛的陶瓷基復(fù)合材料有碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基（SiC/SiC）復(fù)合材料以及碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基（C/SiC）復(fù)合材料兩種。而SiC/SiC 復(fù)合材料的研究最為廣泛，其使用溫度可達(dá)1450℃以上，高溫強(qiáng)度大且重量輕、耐腐蝕，眾多優(yōu)點(diǎn)可改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，因此可用于長(zhǎng)壽命航空發(fā)動(dòng)機(jī)、核能包殼材料等領(lǐng)域。 1.國(guó)外進(jìn)展 日、美等國(guó)在SiC 纖維和SiC/SiC 復(fù)合材料的工程產(chǎn)業(yè)化方面走在世界前列。國(guó)際普遍認(rèn)為，SiC 陶瓷基復(fù)合材料是發(fā)動(dòng)機(jī)高溫結(jié)構(gòu)材料的技術(shù)制高點(diǎn)之一，反映出一個(gè)國(guó)家先進(jìn)武器裝備的設(shè)計(jì)與制造能力。為了研究陶瓷基復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部位的應(yīng)用，美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后推出了一系列國(guó)家級(jí)的研究計(jì)劃與項(xiàng)目，包括IHPTET 項(xiàng)目、UEET 項(xiàng)目以及AMG 項(xiàng)目等。 碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯、燃燒室筒、噴口導(dǎo)流葉片、渦輪葉片和渦輪罩環(huán)等部位。以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家在航空用陶瓷基復(fù)合材料領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，美國(guó)GE 公司、橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分別是產(chǎn)業(yè)界與科研界的代表。美國(guó)GE 公司在二十多年前就開始與NASA 合作開發(fā)高速民用運(yùn)輸機(jī)用陶瓷基復(fù)合材料燃燒室內(nèi)襯。GE 公司非常重視對(duì)航空事業(yè)的研發(fā)，投入了巨額研發(fā)資金，而陶瓷基復(fù)合材料正是GE 航空部門最為依賴的技術(shù)之一。2017 年3 月，美國(guó)萊斯大學(xué)與NASA 合作，開發(fā)出新型碳化硅纖維，使用此種新型材料制備的陶瓷復(fù)合材料可以承受航天應(yīng)用中的高溫、高壓等極端惡劣條件。用于高級(jí)火箭引擎中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料需要承受高達(dá)1600℃的高溫，目前NASA 正在開發(fā)的用于火箭引擎中的陶瓷復(fù)合材料使用碳化硅纖維作為增強(qiáng)體，但當(dāng)此種材料暴露于氧氣中時(shí)，會(huì)變脆或者發(fā)生斷裂。來(lái)自萊斯大學(xué)的材料科學(xué)家將碳化硅納米管和納米線嵌入了NASA 使用的碳化硅纖維表面。纖維暴露的部分是卷曲的，可以像環(huán)和鉤子一樣在納米尺度上起到魔術(shù)貼的作用。研究人員表示，將新型碳化硅纖維植入陶瓷復(fù)合材料中，并在火箭噴嘴、或火箭引擎的其它部件中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以增加碳化硅纖維的強(qiáng)度、重量和耐熱性。 2.國(guó)內(nèi)進(jìn)展 國(guó)內(nèi)在SiC/SiC 復(fù)合材料研究方面起步相對(duì)較晚，在航空領(lǐng)域，近年來(lái)國(guó)家開展項(xiàng)目支持，包括中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司、西北工業(yè)大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等單位已經(jīng)具備構(gòu)件研制和小批量生產(chǎn)能力。中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司經(jīng)過(guò)多年工程化應(yīng)用研究，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)在碳化硅陶瓷方面與歐美國(guó)家一直存在差距，在核能領(lǐng)域，我國(guó)的碳化硅包殼材料的研究尚處在初步階段。我國(guó)在該方面的研究主要以校企合作和企業(yè)合作的方式進(jìn)行。其中國(guó)家核電技術(shù)公司與華北電力大學(xué)研究碳化硅燃料組件的牛風(fēng)雷教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)校企合作，展開了SiC 包殼材料的研究工作。中核集團(tuán)與法國(guó)阿?，m集團(tuán)保持著合作關(guān)系，由中核集團(tuán)下屬單位核動(dòng)力院牽頭的多家單位協(xié)同開展對(duì)SiC 復(fù)合材料開展研制以及堆內(nèi)輻照。此外中廣核、中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)和中國(guó)原子能科學(xué)研究院也在關(guān)注碳化硅包殼材料的研究。 SiC/SiC 陶瓷基復(fù)合材料可重點(diǎn)應(yīng)用在航空、核能等領(lǐng)域，具體說(shuō)來(lái)包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、渦輪葉片、噴口導(dǎo)流葉片等熱端部位以及核燃料包殼管。雖然我國(guó)在近幾年加大投入力度，聯(lián)合多家單位對(duì)SiC/SiC 復(fù)合材料進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，但是在構(gòu)件工程化方面仍然具有一定差距。SiC 纖維是SiC/SiC 復(fù)合材料中非常重要的一種材料，國(guó)際上已經(jīng)發(fā)展到第三代，日本宇部興產(chǎn)公司、日本碳公司、美國(guó)COI 陶瓷公司都掌握了第三代SiC 纖維的生產(chǎn)技術(shù)。我國(guó)已經(jīng)掌握第二代SiC 纖維生產(chǎn)技術(shù)，并具有年產(chǎn)10 噸第二代SiC 纖維的能力，目前已有企業(yè)擬建設(shè)第三代高性能碳化硅纖維生產(chǎn)線，總體而言，我國(guó)SiC 纖維與國(guó)外巨頭企業(yè)相比存在一定的差距。 在核能領(lǐng)域，采用SiC/SiC 復(fù)合材料作為核燃料棒的包殼材料具有較大的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)核能領(lǐng)域的創(chuàng)新型企業(yè)也在密切關(guān)注SiC 包殼材料的發(fā)展。但是目前我國(guó)發(fā)展SiC 包殼材料需要解決一些問(wèn)題，首先需要解決第三代碳化硅纖維的商品化問(wèn)題；其次，要攻克碳化硅纖維與基體的界面設(shè)計(jì)與調(diào)控的關(guān)鍵技術(shù)；最后，要突破SiC/SiC 復(fù)合材料與金屬的焊接技術(shù)。 鑠思百檢測(cè)是國(guó)內(nèi)專業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，為科研工作者提供材料測(cè)試服務(wù)，測(cè)試項(xiàng)目 |
