高温陶瓷基复合材料制备工艺与烧蚀机理研究进展开题报告

全文总字数：4868字

1. 研究目的与意义（文献综述）

21世纪开创了一个令人激动的高超音速飞行的新时代。高超音速飞行器包括用于快速全球和空间访问任务的亚轨道飞行器和地对轨道飞行器。高超音速飞行器的关键部件鼻锥需要承受超过1500℃的超高温(1)。这些未来系统的一个共同特点是需要新的高温材料(2)。因此，要求材料具有较高的比强度、良好的断裂韧性、良好的烧蚀性能和抗热震性能(3)。

陶瓷材料具有硬度高、耐高温、耐化学腐蚀等优异性能，但它的脆性及其很强的缺陷敏感性限制了它在热结构材料领域的应用。随后出现的高温陶瓷基复合材料（ht-cmcs)克服了单相陶瓷低韧性的弱点,使之能用于火箭发动机、喷气发动机以及热保护系统等的热结构部件(4)。碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度而被广泛用于高温和某些苛刻的环境中。碳纤维具有比强度高、比模量大、高温力学性能和热性能良好等优点，在惰性气氛中2000℃时仍能保持强度基本不下降(5-6)。目前，以碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料为代表的纤维增强陶瓷基复合材料充分利用了碳纤维优异的高温力学性能和sic陶瓷基体的高温抗氧化性能，在热防护领域有着重要的应用，在战略武器和空间技术等方面具有广泛的应用前景，被认为是目前最有发展前途的高温热结构材料(7)。

先驱体转化法(pip)是近年来发展迅速的一种制备cf／sic复合材料的制备工艺，由于成型工艺简单、制备温度较低等特点而受到关注(8)。它是将有机聚合物先驱体溶液或熔融体浸渍到碳纤维预制体中，干燥同化后在惰性气体保护下高温裂解，得到基体。该工艺的主要优点是：①在聚合物中浸渍，能得到组成均匀的陶瓷基体，具有较高的陶瓷转化率；②预制件中没有基体粉末，因而碳纤维不会受到机械损伤。裂解温度较低，无压烧成，因而可减轻纤维的损伤和纤维与基体间的化学反应。该法的主要缺点在于：①致密周期较长，制品的孔隙率较高，对材料蠕变性能有一定影响；②基体密度在裂解前后相差很 大，致使基体的体积收缩很大(可达50～70％)，因此需要多次循环才能达到致密化(9)。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的主要内容

（1）调研了国内外关于耐超高温陶瓷改性c/sic陶瓷基复合材料的制备工艺和研究进展;

（2）在文献查阅的基础上，提出了使用pip工艺采用硅、锆组元改性c/sic陶瓷基复合材料的实验方案设计。主要目的是探究不同前驱体和加工方式（浸渍方式、热解温度）对其高温抗氧化烧蚀性能的影响;

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－8周：阅读文献，调研了国内外关于耐超高温陶瓷改性c/sic陶瓷基复合材料的制备工艺和研究进展。

第9－12周：在文献阅读的基础上，设计实验。探究耐超高温陶瓷改性c/sic陶瓷基复合材料的烧蚀机理第13－14周：总结、完成并修改毕业论文。 第15周：论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] zhu, qishuai, duan, et al. effects of in situ amorphous graphite coating on ablation resistance of sic fiber reinforced sibcn ceramics in an oxyacetylene flame[j]. corrosion science the journal on environmental degradation of materials its control, 2016.

[2] opeka m m , talmy i g , zaykoski j a . oxidation-based materials selection for 2000°c hypersonic aerosurfaces: theoretical considerations and historical experience[j]. journal of materials ence, 2004, 39(19):5887-5904.

[3] microstructure, oxidation and thermal shock resistance of graphene reinforced sibcn ceramics[j]. ceramics international, 2016, 42(3):4429-4444.