超高温陶瓷基复合材料 “高精尖专属”陶瓷基复合材料

在现代材料界,复合材料是一个热点话题。科学技术的发展进步离不开各类复合材料的支撑。复合材料的研究深度和应用广度及其发展的速度和规模,已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。

复合材料是两种以上的材料根据使用需求而混合在一起的材料。复合材料的最大特点是:宏观上看是均质材料,微观上看是非均质材料,分子间的作用力来源于结合方式,可以通过设计,使各组分的优势得到更大的发挥。在很多领域,复合材料正在逐步取代传统材料,在国民经济的各个不同领域发挥着重要的作用。

陶瓷基复合材料是陶瓷(或陶瓷纤维)基体与各种纤维复合的一类材料。陶瓷基体一般为高温合成陶瓷材料,其化学组成相对简单,颗粒表面的一致性好,便于进行处理并得到表面包覆一致性的更好材料。现代高温合成陶瓷材料颗粒,一般有非晶态、晶态和晶须3种形态。这些先进陶瓷粉体具有耐高温、强度和刚度高、质量轻、抗腐蚀等优异性能;而其致命的弱点是脆性较大,处于应力状态时会产生裂纹,甚至断裂,导致材料失效。采用高强度、高弹性的纤维与基体复合,是提高陶瓷韧性和可靠性的有效方法。纤维能阻止裂纹的扩展,从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。

陶瓷基复合材料根据成分可以分为氧化物陶瓷基复合材料和非氧化物陶瓷基复合材料两大类。氧化物陶瓷基包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化锰等;非氧化物陶瓷基包括氮化硅、氮化硼、碳化硅、硫化钼等。在应用中,最重要的技术是对陶瓷粉体材料进行改性与包覆。改性与包覆工艺主要解决两个问题:一是超细粉体或晶须会出现严重的团聚,团聚的粉体与所复合的材料难以进行有效链接;二是超细粉体或晶须与所复合的材料亲和性不好。两者在相互混合时,界面出现间隙且处于分离状态不能相容。上述两个问题如能得到解决,所生产的复合材料就能获得比较高的性能。

在陶瓷基复合材料中,先进陶瓷成分的加入,使其应用范围超越了很多常规材料,并展现出更加优异的综合性能。

在航天工业中,陶瓷基复合材料可用于“烧蚀材料”。当宇宙航天器完成任务返回地球时,稠密的大气层是它的必经之地。高速的飞行速度使航天器和空气之间产生强烈的摩擦,由此而放出的热量瞬间可高达8000~10000℃,“烧蚀材料”此时吸收大量的热烧掉自己的一部分,同时使周围的温度降低以保证航天器本体安然无恙。

在现代航空工业中,陶瓷基复合材料以密度小、强度高、易成型、价格合理的综合性能占领了其工业领域的巨大空间。据了解,美国生产的B-2隐身轰炸机,其机体的结构材料几乎全是复合材料。

在新能源领域,风力发电机叶片是最基础和最关键的部件,其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。陶瓷基复合材料的工艺性好、成本低、密度小、维护费用低、耐雷击、耐腐蚀、耐紫外线、力学性能优异,使其成为大型风力发电机叶片的主导产品。

汽车轻量化是新能源汽车的一个重点发展方向。陶瓷基复合材料的应用,使降低原材料成本、提高使用效率事半功倍。国外曾有学者研究:一辆整备质量1550kg的新能源电动车,车载动力电池450kg,一次充电续驶里程为186km。利用碳纤维复合材料使其轻量化后,整车减重至1011kg,减重幅度达34.8%,同样充一次电,续驶里程增至275.5km,增加了89.5km,提高了48.1%。如果维持一次充电续驶里程186km不变,则动力电池仅需250kg就能达到目标,电池质量可减少200kg,减少了44.4%,相应的电池成本也将下降44%,这是一个非常了不起的降本绩效。更令人兴奋的是,研究发现,减重后整备质量为805kg的新能源电动车(包括250kg电池),由于自重的降低,导致能耗大幅降低,其电池能量密度只要达到250Wh/kg,充一次电就能续驶里程450km,达到传统汽油发动机车辆加满汽油后能够行驶的里程数,这使得高性能电池的研究难度大大降低。(张宏毅)

责编:丁涛

校对:张健

监审:韩凤凤

郑重声明:本文内容及图片均整理自互联网,不代表本站立场,版权归原作者所有,如有侵权请联系管理员(admin#wlmqw.com)删除。
(0)
用户投稿
上一篇 2022年6月28日
下一篇 2022年6月28日

相关推荐

  • 便宜且生产速度快,麻省理工3D打印轨道航天器的等离子体传感器

    近日,麻省理工学院的研究人员展示了一种用于轨道航天器的3D打印等离子体传感器,3D科学谷了解到这些3D打印等离子体传感器的工作原理与更昂贵的半导体传感器一样好。这些耐用、精确的传感…

    2022年8月25日
  • 纯无机仿生润滑水凝胶研究取得进展

    无机物通常不具备构筑生命体所需的良好柔韧性、可塑性和响应性。大多数情况下,具有可调机械强度或摩擦学性能的类生命材料(如自适应水凝胶)必须建立在轻而软的有机分子上。如果能够成功利用无…

    2022年6月29日
  • 《原神》妮露突破材料有哪些?妮露突破材料汇总

    原神妮露突破材料有哪些?很多玩家还不清楚原神妮露突破材料有哪些,其实并不复杂,需要的材料都是有固定逻辑的,下面一起来看一下小编带来的原神妮露突破材料汇总。 原神妮露突破材料汇总 一…

    2022年9月20日
  • 超导的原子尺度窗口为新的量子材料铺平了道路

    安德烈耶夫在超导体和原子锋利的金属尖端之间的反射的插图。图片来源:阿尔托大学/何塞·拉多。 在发表在《纳米快报》上的一项研究中,研究人员首次展示了一种新技术,可以以原子精度测量超导…

    2022年8月16日
  • 投资170亿,蜂巢能源首个锂电零碳产业园落地

    日前,蜂巢能源科技股份有限公司(以下简称“蜂巢能源”)将牵头产业链企业在四川省达州市建设蜂巢锂电产业园,投资总额达170亿元,旨在打造以电池为核心载体,上连锂电材料,下接锂电终端的…

    2022年6月18日
  • 龙竹科技预计上半年营收2亿元同比增42%:“以竹代塑”新品研发有序进行

    挖贝网7月26日消息,“北交所竹制品第一股”龙竹科技(831445)发布2022年半年度业绩预告显示,预计上半年实现营业收入2.02亿元,同比增42.16%;归母净利润3400至3…

    2022年8月4日
  • 风云传奇折扣战意如何快速提升 王者之路折扣版魔血精华怎么得

    玩家通过主线任务的引导,并提升人物等级达到120级,可以解锁战意系统。成功解锁战意系统,则会在界面下方出现【战意】的图标。点击该图标,可打开战意界面,去提升自身的战意等级。 战意类…

    2022年7月30日
  • 一种有望改变现有芯片的新材料

    在整个 20 世纪,包括诺贝尔奖获得者在内的许多科学家都在为超导的本质而苦苦挣扎,超导是 1911 年由荷兰物理学家卡默林格·翁内斯发现的。在超导体中,电流在没有电阻的情况下流过导…

    2022年8月15日
  • iPhone 14系列屏幕面板曝光 Pro版本搭载M12面板

    按照此前苹果召开新机发布会的情况来看,苹果将于9月份召开发布会并推出iPhone 14系列。随着发布会的临近,有关iPhone 14系列的配置信息不断被曝出,此前数日iPhone …

    2022年8月2日
  • 新发现的化学反应,为生命起源提供新见解

    科技日报记者 刘霞 生命如何起源的?是盘旋在无数人心目中的“天问”!美国科学家在28日出版的《自然·化学》杂志上刊文称,他们发现了一组新化学反应:被认为在早期地球上很常见的氰化物、…

    2022年7月30日

联系我们

联系邮箱:admin#wlmqw.com
工作时间:周一至周五,10:30-18:30,节假日休息