本書為20世紀(jì)末由美國高溫陶瓷復(fù)合材料先進(jìn)纖維委員會等機(jī)構(gòu)組織編寫，全書共8章，內(nèi)容包括碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、陶瓷基復(fù)合材料及其制備技術(shù)，纖維、界面、復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)，纖維及復(fù)合材料制造成本及評價，陶瓷基復(fù)合材料的設(shè)計與壽命、應(yīng)用與需求，氧化物纖維與非氧化物纖維隨溫度和時間微觀結(jié)構(gòu)與性能的演化規(guī)律，纖維、復(fù)合材料未來的發(fā)展方向等。
目錄
執(zhí)行摘要 1
方法 2
高溫陶瓷纖維 3
纖維涂層 4
建議和影響 5
討論的重點 7
1 緒論 8
方法 8
陶瓷基復(fù)合材料潛在的應(yīng)用 9
復(fù)合材料 9
陶瓷纖維及其涂層 13
工程要求 16
本書內(nèi)容結(jié)構(gòu) 17
2 現(xiàn)在和將來的需求 18
新材料應(yīng)用 20
陶瓷基復(fù)合材料的設(shè)計和壽命預(yù)測 22
陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用和需求 23
制造的要求 27
對纖維性能的影響 27
3 陶瓷纖維性能現(xiàn)狀 31
候選纖維 31
非氧化物纖維的溫度和時效性能 37
溫度和時間對氧化物纖維性能的影響 50
性能特征與目標(biāo)性能的比較 56
建議及未來的發(fā)展方向 57
4 陶瓷纖維制備 59
非氧化物纖維制備 59
氧化物纖維制備 64
建議及發(fā)展方向 73
5 材料與微觀結(jié)構(gòu) 75
纖維發(fā)展的機(jī)會 75
多晶氧化物 78
多晶碳化硅 80
非晶纖維 80
建議與將來的方向 81
6 界面涂層 83
非氧化物復(fù)合材料的涂層 83
氧化物纖維涂層 96
建議和將來的方向 110
7 成本問題 115
價格和成本 115
成本類型 116
一般纖維生產(chǎn)成本 118
陶瓷纖維的制造 120
氧化物和非氧化物 121
發(fā)現(xiàn) 121
結(jié)論 124
建議和未來發(fā)展方向 125
8 建議及未來發(fā)展方向 127
工程數(shù)據(jù) 127
纖維涂層 128
氧化物纖維研究 129
非氧化物纖維開發(fā) 130
制造成本 131
優(yōu)先級 132
參考文獻(xiàn) 133
委員會組織機(jī)構(gòu) 143
圖表資料目錄
表格
表ES-1 陶瓷纖維的典型性能范圍 3
表2-1 陶瓷基復(fù)合材料的優(yōu)缺點 19
表2-2 工業(yè)發(fā)電的應(yīng)用 23
表2-3 航空應(yīng)用 26
表2-4 航天應(yīng)用（美國） 26
表2-5 陶瓷基復(fù)合材料的生產(chǎn)環(huán)境 27
表3-1 用于CMC 的商用纖維和開發(fā)性纖維 32
表3-2 選擇的商用陶瓷纖維 35
表4-1 商業(yè)聚合物前驅(qū)體法陶瓷纖維生產(chǎn)工藝 62
表4-2 商業(yè)氧化物纖維成分及前驅(qū)體 68
圖片
圖1-1 連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的理想應(yīng)力-應(yīng)變曲線與未增強(qiáng)的基體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對比圖 10
圖1-2 連續(xù)增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料示意圖 11
圖1-3 Hi-NicalonTM 纖維增強(qiáng)SiC 基復(fù)合材料（CVI 法制備）斷裂表面掃描電鏡圖 11
圖1-4 一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的喉襯（里面和外面） 12
圖1-5 八枚緞紋布 14
圖1-6 有氮化硼涂層的纖維絲 14
圖1-7 3M 公司的Nextel 610 多晶陶瓷氧化物纖維 15
圖2-1 通用電氣公司的一種大型燃?xì)廨啓C(jī)加熱部分橫截面圖 19
圖2-2 各類高溫應(yīng)用中的熱性能要求 24
圖2-3 3M 公司203 型Nextel 纖維增強(qiáng)SiC 基陶瓷復(fù)合材料濾棒 25
圖3-1 SiC 基纖維和氧化物纖維強(qiáng)度-溫度圖 38
圖3-2 （a）SiC 基纖維的楊氏模量與溫度關(guān)系圖；（b）氧化物纖維的楊氏模量與溫度關(guān)系圖 38
圖3-3 不同SiC 纖維的拉伸強(qiáng)度與溫度關(guān)系圖 39
圖3-4 硅基化合物和Al2O3 基商用纖維快速斷裂強(qiáng)度與溫度關(guān)系 39
圖3-5 商用Si 基和Al2O3 基纖維在短期（1～10h）高溫暴露后的室溫殘余強(qiáng)度 40
圖3-6 氬氣中熱處理1h 后SiC 纖維的拉伸強(qiáng)度 41
圖3-7 氬氣中高溫暴露10h 后SiC 纖維的室溫拉伸強(qiáng)度 41
圖3-8 氬氣中1550℃（2822℉）老化10h 后，SiC 纖維拉伸強(qiáng)度 42
圖3-9 干燥空氣中1400℃（2552℉）暴露10h 后SiC 纖維的拉伸強(qiáng)度 42
圖3-10 空氣中1000℃（1832℉）熱處理后SiC 纖維的拉伸強(qiáng)度 43
圖3-11 SiBN3C 表面上形成的氧化擴(kuò)散阻擋層的結(jié)構(gòu) 44
圖3-12 Si-C-O 纖維熱處理后溫度與電導(dǎo)率的關(guān)系 44
圖3-13 在Si-C 纖維中C/Si 摩爾比與電阻率的關(guān)系 45
圖3-14 聚合物衍生的SiC 纖維和其他多晶SiC 纖維與Al2O3 纖維1h 彎曲應(yīng)力釋放率 46
圖3-15 空氣中（白色圖標(biāo)）和氬氣中（黑色圖標(biāo)）1200℃（2192℉）（三角形圖標(biāo)）和1400℃（2552℉）（方形圖標(biāo)）下的SiC 纖維斷裂強(qiáng)度 48
圖3-16 空氣中Hi-Nicalon 快速斷裂和斷裂強(qiáng)度熱活化圖 49
圖3-17 處理前SiC 纖維的平均強(qiáng)度熱活化圖 49
圖3-18 Nextel 610 和 Nextel 720 纖維單絲[熱標(biāo)距=25mm（1in），總標(biāo)距=220mm（8.8in）]測試溫度與拉伸強(qiáng)度關(guān)系 51
圖3-19 多晶Al2O3 基氧化物纖維在空氣中1090℃（1994℉）時的典型蠕變曲線 52
圖3-20 Nextel 720 蠕變速率與其他商用氧化物纖維比較曲線 53
圖3-21 通過限邊薄膜生長法（EFG）生成的定向凝固的共晶YAG/氧化鋁纖維、多晶氧化鋁基纖維和c 軸藍(lán)寶石纖維的1h 彎曲應(yīng)力松弛率曲線 53
圖3-22 Nextel 610 纖維應(yīng)力斷裂 54
圖3-23 多晶和單絲Al2O3 基纖維100h 的斷裂強(qiáng)度 55
圖3-24 標(biāo)距～25mm（1in）時已生產(chǎn)Al2O3 基纖維的平均強(qiáng)度熱活化圖 55
圖3-25 Al2O3 纖維增強(qiáng)CMC 和先進(jìn)超合金強(qiáng)度性能比較 57
圖4-1 聚合物前驅(qū)體法生產(chǎn)陶瓷纖維典型工藝流程 61
圖4-2 熱解工藝曲線 63
圖4-3 氧化物陶瓷纖維化學(xué)生產(chǎn)流程 66
圖4-4 干法紡絲工藝圖 69
圖4-5 氧化鋁纖維DTA、DTGA、TGA 曲線 70
圖4-6 低的形核率導(dǎo)致產(chǎn)生大α-Al2O3 晶粒 72
圖4-7 Nextel 610 纖維由于使用了結(jié)核劑，晶粒尺寸很小 72
圖5-1 使用二維模型預(yù)測氧化鋁纖維的蠕變速率與縱橫比的函數(shù)關(guān)系 76
圖5-2 含體積分?jǐn)?shù)5%的0.15μm（0.006mil）SiC 顆粒的Al2O3-SiC 納米復(fù)合材料和相同晶粒尺寸的未摻雜的Al2O3 的拉伸蠕變率 77
圖5-3 未摻雜氧化鋁和1000ppm Y2O3 摻雜的氧化鋁的穩(wěn)態(tài)蠕變率 77
圖5-4 高倍二次離子質(zhì)譜分析圖像顯示釔和鑭摻雜的氧化鋁中出現(xiàn)摻雜物偏析 78
圖6-1 CVI 法制造的Nicalon 纖維增強(qiáng)SiC 基復(fù)合材料的拉伸試驗結(jié)果 85
圖6-2 沿纖維末端暴露的單軸SiC/C/SiC 復(fù)合材料的纖維-涂層-基體界面的氧化過程的示意圖 85
圖6-3 纖維末端暴露的單軸SiC/C/SiC 復(fù)合材料的纖維涂層的氧化深度 86
圖6-4 熔融滲透法制備的Hi-Nicalon 纖維增強(qiáng)SiC-Si 基復(fù)合材料拉伸試驗結(jié)果為4:2 和4:4 纖維鋪層的結(jié)果，分別表示0°和90°方向的層數(shù) 87
圖6-5 具有BN 涂層的熱壓Nicalon 纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合材料的拉伸試驗結(jié)果 88
圖6-6 熔融滲透方法制造的Hi-Nicalon 纖維增強(qiáng)SiC-Si 基復(fù)合材料的涂層氧化深度 89
圖6-7 具有BN纖維涂層的熱壓SiC 纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷基復(fù)合材料高溫大氣中[1200℃（2192℉），69MPa（10ksi），11725h]經(jīng)拉伸應(yīng)力斷裂實驗后的截面拋光照片 90
圖6-8 連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料暴露在高于基體開裂強(qiáng)度的應(yīng)力下的基體裂紋的示意圖 92
圖6-9 圖6-8 中橢圓區(qū)域中的裂紋-基體-纖維涂層區(qū)域的氧化進(jìn)程示意圖 93
圖6-10 由鋁溶膠和Darvan C 混合物沉積制備的多孔氧化鋁纖維涂層 97
圖6-11 熱環(huán)境對0°/90°方向的全氧化物復(fù)合材料應(yīng)力-應(yīng)變行為的影響 99
圖6-12 Nextel 720 纖維增強(qiáng)鋁硅酸鈣玻璃陶瓷基復(fù)合材料在碳界面層氧化之后殘余模量及基體到纖維的載荷傳遞 100
圖6-13 六方β-Al2O3 和磁鐵鉛礦結(jié)構(gòu)在每種結(jié)構(gòu)下面是沿c 軸方向的鏡面對稱旋轉(zhuǎn) 102
圖6-14 裂紋沿粗糙的黑鋁鈣石界面的基本晶面擴(kuò)展的透射電鏡照片 104
圖6-15 裂紋沿氧化鋁-獨居石界面偏轉(zhuǎn)的掃描電鏡照片 105
圖6-16 沿白鎢礦-Nextel 610 界面脫黏的掃描電鏡和投射電鏡照片 107
圖6-17 不融合液相涂層技術(shù)的示意圖 108
圖6-18 不混液相技術(shù)沉積氧化物纖維涂層的實例 109
圖6-19 由雜凝聚技術(shù)在Nextel 720 纖維上沉積而成的LaPO4 涂層 110
圖7-1 制造成本的影響因素 116
圖7-2 纖維額外費用 119
圖7-3 纖維經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與年產(chǎn)量的關(guān)系 122
資料
資料1-1 有損傷容限的陶瓷基復(fù)合材料 10
資料2-1 CMC 應(yīng)用實例 19
新書資訊