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第一章 陶瓷基复合材料导论 2

1.1 陶瓷、现代陶瓷和陶瓷基复合材料 2

1.1.1 陶瓷 2

1.1.2 现代陶瓷 4

1.1.3 结构陶瓷 5

1.1.4 陶瓷基复合材料 6

1.2 高科技对结构陶瓷的需求 8

1.2.1 结构陶瓷的优点与不足 8

1.2.2 结构陶瓷应用展望 10

1.3 陶瓷和陶瓷基复合材料的进展 18

1.3.1 我国陶瓷及陶瓷基复合材料的发展概况 18

1.3.2 美国在本领域的发展概况 26

1.3.3 日本、欧洲等国陶瓷及陶瓷基复合材料的研究进展 41

参考文献 46

第二章 陶瓷的脆性及其增韧机制 54

2.1 陶瓷脆性的本质 54

2.1.1 陶瓷的键合与结构 54

2.1.2 缺陷对陶瓷性能的影响 58

2.2 陶瓷的增韧机制 59

2.2.1 改善陶瓷脆性的途径 59

2.2.2 纤维复合材料的断裂模式及增韧机制 60

2.2.3 应力诱导相变增韧机制 66

2.2.4 晶须陶瓷基复合材料的增韧机制 70

2.2.5 第二相颗粒的增韧机制 79

2.2.6 纳米颗粒增强及增韧机制 96

参考文献 102

第三章 陶瓷基复合材料的基体和增强体 105

3.1 陶瓷基体 105

3.1.1 氧化物陶瓷 105

3.1.2 氮化物陶瓷 113

3.1.3 碳化物及碳陶瓷 125

3.1.4 其他作为复合材料基体的陶瓷 127

3.1.5 有机聚合物先驱体转化的陶瓷基体 129

3.2 陶瓷基复合材料的粉末原料制备 131

3.2.1 粉末原料粒径的界定及超细粉末的特性 131

3.2.2 制备超微颗粒的固相法 133

3.2.3 制备超微颗粒的气相法 142

3.2.4 制备超微颗粒的液相法 159

3.2.5 制备超微颗粒的综合方法 170

3.2.6 高能球磨法 175

3.3 陶瓷基复合材料的增强体 175

3.3.1 碳纤维 175

3.3.2 石墨晶须 185

3.3.3 碳化硅纤维 187

3.3.4 碳化硅晶须 193

3.3.5 氧化铝纤维 197

3.3.6 氮化硅晶须 202

3.3.7 氮化硅纤维 203

3.3.8 陶瓷基复合材料纤维增强体的编织技术与编织物 204

参考文献 220

第四章 陶瓷基复合材料的界面和界面控制 223

4.1 界面及其类型 223

4.2 有关复合材料界面的基本概念 227

4.2.1 润湿角 227

4.2.2 热残余应力 228

4.2.3 界面相容性与不稳定性 229

4.2.4 界面反应动力学 233

4.2.5 界面结合方式 234

4.2.6 界面粗糙度 237

4.3 界面力学 240

4.3.1 界面在传递载荷与复合材料增韧中的作用 240

4.3.2 复合材料界面受力分析 242

4.4 陶瓷基复合材料中的界面控制 249

4.4.1 纤维增强陶瓷基复合材料的断裂模式与界面结合强度的关系 250

4.4.2 纤维/基体界面相的功能、控制途径、要求与种类 251

4.4.3 纤维涂层工艺 257

4.4.4 界面相的性能表征 262

4.4.5 纤维增强陶瓷基复合材料中的纤维涂层实例 267

参考文献 270

第五章 先驱有机聚合物转化制备陶瓷及陶瓷基复合材料 273

5.1 有机先驱体转化法的特点和对先驱体的基本要求 273

5.1.1 用先驱有机聚合物转化制备陶瓷及陶瓷基复合材料的特点 273

5.1.2 对陶瓷先驱体的基本要求 274

5.2 聚碳硅烷的合成及其裂解转化过程 275

5.2.1 聚碳硅烷的合成 275

5.2.2 聚碳硅烷的裂解转化 278

5.3 聚硅氮烷的合成与裂解转化过程 282

5.3.1 聚硅氮烷的合成 282

5.3.2 聚硅氮烷的裂解转化 283

5.4 其他陶瓷先驱有机聚合物 284

5.5 先驱体转化制备颗粒增强的陶瓷基复合材料工艺 285

5.5.1 先驱体转化制备颗粒增强陶瓷基复合材料的一般工艺流程 285

5.5.2 颗粒增强陶瓷基复合材料坯件制备工艺 286

5.6 先驱体转化制备陶瓷基复合材料的聚合物浸渍-裂解法和增密工艺 287

5.6.1 聚合物浸渍-裂解工艺 287

5.6.2 增密工艺 288

5.6.3 浸渍-裂解法存在的主要问题 289

5.6.4 粉末浸渍与先驱有机聚合物浸渍-裂解联用制备陶瓷基复合材料的工艺 290

5.7 先驱体转化制备陶瓷基复合材料的泥浆浸渍热压烧结工艺 291

5.8 先驱体转化与CVI联用制备纤维增强陶瓷基复合材料 295

5.9 先驱体转化陶瓷基复合材料的性能与应用 297

5.9.1 先驱体转化制备陶瓷基复合材料的性能 297

5.9.2 先驱体转化陶瓷基复合材料的应用 300

参考文献 303

第六章 化学气相渗透(CVI)法制备陶瓷基复合材料 308

6.1 CVI原理及分类 308

6.1.1 CVI一般原理及工艺过程 308

6.1.2 CVI技术分类 310

6.1.3 CVI模型 314

6.2 CVI工艺设计 316

6.2.1 先驱体的选择 316

6.2.2 增强纤维的选择、预制件加工与固定 318

6.2.3 纤维/基体的界面控制 319

6.2.4 CVI技术类型与工艺参数的确定 320

6.2.5 气体流动设计 321

6.3 典型CVI陶瓷基复合材料的性能 322

6.3.1 CVI陶瓷基复合材料的用途 322

6.3.2 CVI碳化硅基复合材料的性能 322

6.3.3 不同基体CVI陶瓷基复合材料的性能对比 331

6.4 CVI技术的发展方向 331

6.4.1 材料 332

6.4.2 CVI技术的发展趋势 333

参考文献 334

第七章 制备陶瓷基复合材料的其他工艺 339

7.1 与陶瓷基复合材料工艺原理有关的相间相容性 339

7.1.1 相间热匹配 339

7.1.2 相间化学相容性与化学反应控制 341

7.1.3 烧结致密化过程的驱动力 344

7.2 连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备 345

7.2.1 料浆浸渍及热压烧结法 345

7.2.2 直接氧化沉积法 349

7.2.3 溶胶-凝胶法 350

7.3 晶须(或短切纤维)增强陶瓷基复合材料制备工艺 351

7.3.1 外加晶须(或短切纤维)增强陶瓷基复合材料制备工艺 352

7.3.2 原位生长晶须增强陶瓷基复合材料工艺 361

7.4 颗粒弥散型陶瓷基复合材料制备工艺 362

7.4.1 原料处理 362

7.4.2 坯件成型 365

7.4.3 颗粒增强陶瓷基复合材料的常压烧结技术 371

7.4.4 颗粒增强陶瓷基复合材料的热压烧结技术 376

7.4.5 制备颗粒增强陶瓷基复合材料的其他技术 383

7.5 纳米陶瓷复合材料的制备工艺 384

7.5.1 纳米粒子的分散与制粒 385

7.5.2 纳米陶瓷复合材料的烧结 389

7.5.3 制备纳米陶瓷复合材料的原位生成法 390

参考文献 393

第八章 陶瓷基复合材料力学性能表征及测试方法 397

8.1 陶瓷基复合材料力学性能表征的基本问题 397

8.2 陶瓷基复合材料的断裂 404

8.2.1 陶瓷基复合材料的断裂模式 404

8.2.2 界面力学性能的表征 406

8.2.3 残余应力的测量 414

8.2.4 纤维性能 415

8.2.5 单向复合材料中的基体开裂 419

8.2.6 双向复合材料中的基体开裂 428

8.3 疲劳性能 438

8.3.1 基本现象 438

8.3.2 基体裂纹扩展 440

8.3.3 多重开裂和破坏 445

8.3.4 热-机械疲劳 447

8.3.5 实验结果 448

8.4 蠕变 452

8.4.1 基本行为 452

8.4.2 纤维断裂的影响 455

8.4.3 界面解离 456

8.4.4 基体开裂 456

8.4.5 应变回复 458

8.4.6 实验结果 459

8.5 陶瓷及陶瓷基复合材料的环境持久性 460

8.5.1 研究现状 460

8.5.2 未来需求 468

参考文献 469

第九章 陶瓷基复合材料的设计与连接 476

9.1 陶瓷基复合材料的设计 476

9.1.1 陶瓷增韧显微结构设计 479

9.1.2 协同增韧效应设计 491

9.1.3 晶须增韧陶瓷的设计方法 494

9.1.4 连续纤维增强陶瓷基复合材料的设计方法 496

9.1.5 编织物增强陶瓷基复合材料的设计方法 499

9.1.6 陶瓷及陶瓷基复合材料设计的发展方向 502

9.2 陶瓷和陶瓷基复合材料的连接 504

9.2.1 陶瓷和陶瓷基复合材料连接的基本概念 504

9.2.2 致密的陶瓷基复合材料部件的连接技术 507

9.2.3 在未烧结态下连接 515

9.2.4 连接质量的无损检测 516

9.2.5 对连接技术研究的展望 517

参考文献 519

第十章 典型陶瓷基复合材料 528

10.1 碳化硅/氮化硅 528

10.1.1 SiCp/Si3N4的制备工艺 529

10.1.2 SiC/Si3N4的结构 529

10.1.3 SiCp/Si3N4的性能 530

10.1.4 SiCp/Si3N4的应用 531

10.2 碳化硅晶须增强氧化铝 532

10.2.1 SICw/AL2O3的制备工艺 532

10.2.2 SiCw/AL2O3的结构 532

10.2.3 SICw/AL2O3的性能 533

10.2.4 SICw/AL2O3的应用 535

10.3 碳化硅晶须增强氮化硅 535

10.3.1 SiCw/Si3N4的制备工艺 535

10.3.2 SiCw/Si3N4的结构 536

10.3.3 SiCw/Si3N4的性能 537

10.3.4 SiCw/Si3N4的应用 538

10.4 纤维增强先驱体转化碳化硅 538

10.4.1 单向纤维增强SiC 538

10.4.2 三维编织SiC基复合材料 547

10.5 先驱体转化-热压烧结碳纤维增强碳化硅 549

10.5.1 制备工艺 550

10.5.2 Cf/SiC复合材料的结构 551

10.5.3 Cf/SiC复合材料的性能 555

10.5.4 纤维涂层对Cf/SiC复合材料性能的影响 558

10.5.5 Cf/SiC复合材料的应用 560

10.6 碳/碳复合材料 561

10.6.1 碳/碳复合材料的应用和技术需求 563

10.6.2 碳/碳复合材料的工艺 565

10.6.3 碳/碳复合材料的结构 585

10.6.4 碳/碳复合材料的性能 587

10.6.5 碳/碳复合材料的发展方向 594

参考文献 599

主要西文缩略语 604

主要符号说明 610