作為結(jié)構(gòu)材料,陶瓷具有耐高溫能力強(qiáng)、抗氧化能力強(qiáng)、硬度大、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn),然而呈現(xiàn)脆性,不能承受劇烈的機(jī)械沖擊和熱沖擊等缺點(diǎn),嚴(yán)重影響了它的實(shí)際應(yīng)用。陶瓷基復(fù)合材料是在陶瓷基體中引入第二相材料,使之增強(qiáng)、增韌,又稱為多相復(fù)合陶瓷或復(fù)相陶瓷。
陶瓷基復(fù)合材料因具有耐高溫、耐磨、抗高溫蠕變、熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)低、耐化學(xué)腐蝕、強(qiáng)度高、硬度大及介電、透波等特點(diǎn),在有機(jī)材料基和金屬材料基不能滿足性能要求的工況下可以得到廣泛應(yīng)用,成為理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。
陶瓷基復(fù)合材料已實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域有刀具、滑動構(gòu)件、發(fā)動機(jī)制件、能源構(gòu)件等。法國已將長纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料應(yīng)用于高速列車的制動件的制造上,使用效果令人滿意。
根據(jù)新思界發(fā)布的《2017-2021年中國陶瓷基復(fù)合材料市場盈利預(yù)測及投資前景咨詢報告》顯示,陶瓷基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代逐漸發(fā)展起來的新型陶瓷材料,包括纖維(或晶須)增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料、異相顆粒彌散強(qiáng)化復(fù)相陶瓷、原位生長陶瓷復(fù)合材料、梯度功能復(fù)合陶瓷及納米陶瓷復(fù)合材料。
經(jīng)過近些年的研究發(fā)展,陶瓷基復(fù)合材料技術(shù)研究已經(jīng)取得了較大的突破,但是還未真正進(jìn)入大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行階段,目前只有少數(shù)企業(yè)在個別陶瓷基復(fù)合材料類別上完成了生產(chǎn)線的投產(chǎn)。如泛銳研究院的全資子公司鞏義市泛銳熠輝復(fù)合材料有限公司的碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料生產(chǎn)線,目前產(chǎn)品已成功應(yīng)用到航天、軍工裝備等領(lǐng)域。
另外,中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司經(jīng)過十多年的研究,開展了大量的工程化應(yīng)用研究,并突破了多項(xiàng)制約CMC-SiC(陶瓷基復(fù)合材料)制造技術(shù)工程化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。目前,公司的陶瓷基復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品已通過某型號航空發(fā)動機(jī)模擬器考核;此外,公司研制的SiC/SiC復(fù)合材料航空發(fā)動機(jī)熱結(jié)構(gòu)件在某型號國產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)上,進(jìn)行掛片考核。已經(jīng)應(yīng)用到航空、民用飛機(jī)、汽車、軌道交通、石油、電力和新能源等領(lǐng)域。
從國際市場上來看,目前對陶瓷基復(fù)合材料研究比較深入的國家主要有美國、日本、法國、德國等。其中美國對PIP、CVI和RMI工藝均有研究,且均有較高的研究水平;日本擁有聚碳硅烷(PCS)和連續(xù)SiC纖維制備技術(shù),主要開展PIP工藝制備纖維增強(qiáng)SiC復(fù)合材料的研究,特別是在SiC/SiC復(fù)合材料制備上具有較高的研究水平;法國以CVI技術(shù)為主,且技術(shù)水平屬國際領(lǐng)先;德國以RMI和PIP技術(shù)為主,特別是RMI技術(shù)世界領(lǐng)先。
新思界產(chǎn)業(yè)分析師表示,我國在陶瓷基復(fù)合材料研究方面起步相對較晚。近年來通過國家項(xiàng)目的支持,目前國內(nèi)相關(guān)高校和研究單位在陶瓷基復(fù)合材料的研究取得了較大的突破。但是目前陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用還主要集中在軍工、航天領(lǐng)域,在其他民用領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模還相對有限。接下來一段時期內(nèi),陶瓷基復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展方向?qū)⒅饕蜍娹D(zhuǎn)民發(fā)展,軍轉(zhuǎn)民的過程是行業(yè)發(fā)展規(guī)模迅速膨脹的階段,市場一旦打開,陶瓷基復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展也將進(jìn)入新的階段。