1. 引言

       復合材料由顆粒、纖維分散狀的基體材料構(gòu)成，而構(gòu)成基體材料的物質(zhì)要能夠混合交融在一起；不受溶解、融化、化學反應(yīng)和機械作用的影響。通常，復合材料的耐熱抗腐蝕和抗氧化性能都是由基體材料的屬性所決定?；w是復合材料的塑性可變形部分，其機械強度要比補充材料的機械強度要低。用來增強基體材料或促使自潤滑性能的補充材料的化學屬性和構(gòu)造也各有不同。

2. 復合耐熱結(jié)構(gòu)

基體

       陶瓷基體通常有Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、TiC、B4C、BN、Al2O3•Y2O3, 3Al2O3•SiO2, Al2O3•MgO等。

       SiC是一種類金剛石的晶體結(jié)構(gòu)材料，硬度高、抗拉強度大，是一種難加工材料，如圖一所示。Si3N4和SiC陶瓷要比傳統(tǒng)合金優(yōu)越；特別是高溫下所表現(xiàn)出來的化學惰性。例如SiC可以耐1400 ℃的高溫，Si3N4可以耐1600 ℃的高溫，而Al2O3可以耐1800 ℃以上的高溫。

增強材料

連續(xù)纖維：

       碳化硅纖維：SiC常用于增強陶瓷，有著優(yōu)越的物理和化學性能：高溫下熱穩(wěn)定性好、強度高、硬度高達3000-3500HV，熱膨脹系數(shù)低、抗氧化性能好，如表二所示。在20-1400 ℃下SiC的抗折強度超過了950 N/mm2。SiC纖維的抗折強度則一直保持在初始值直至溫度上升至800-900 ℃。
       氧化鋁纖維：氧化鋁纖維最為優(yōu)越的特性就是在空氣中的穩(wěn)定性，在高達1300℃下仍能保持強度不變。氧化鋁纖維的彈性系數(shù)高、電氣隔離性能好，強度中等。表三為幾種類型的纖維性能。

       玻璃/石英纖維：玻璃纖維可用于700 ℃以上加工溫度，機械強度高、彈性系數(shù)高、熱導系數(shù)低、抗腐蝕強度高、吸濕度為0。玻璃纖維有多種類型：玻璃纖維A（不耐水型）、玻璃纖維C（抗酸腐蝕型）、玻璃纖維D（低密度、低介電常數(shù)型）、玻璃纖維E（抗腐蝕強度高、電阻率高）、玻璃纖維M（硬度高；摻入8%的BeO）、玻璃纖維S（機械強度高、耐高溫），如表四所示。

       用于纖維制造最常用的玻璃類型為E，這是一種堿含量（Na2O-K2O-Li2O）在2%以下的硼硅酸鋁鈣玻璃。較低的堿含量保證良好的抗腐蝕強度和電阻率。纖維性能受制造工藝和纖維尺寸的影響，當纖維直徑增大時，楊氏模量和橫向彈性模量略有增加。

       石英纖維在1050 ℃以上時仍能保持較好的強度，在1050 ℃-1250℃之間時能保持一段較短時間的性能。軟化溫度為1650℃，升華溫度為1800 ℃。徑向方向和軸向方向上的熱膨脹系數(shù)一致且較低。石英纖維的抗拉強度與芳族聚酰胺纖維接近，但延伸率略比芳族聚酰胺纖維要高。表五是石英纖維的主要特性（抗拉強度和彈性模量由環(huán)氧樹脂單項復合材料求得）。

       除此之外，石英纖維還具有良好的抗化學試劑反應(yīng)性、抗輻射、硬度高、形穩(wěn)性好等特性。

非連續(xù)纖維：

       非連續(xù)纖維可以由多種材料制得，如Al2O3、AlN、α/β-SiC、Si3N4、MgO等。表六為非連續(xù)纖維的特性。
晶須纖維

       最常用的晶須纖維為SiC纖維，有α/β兩種晶體變量，如表七所示。SiC的立方晶體結(jié)構(gòu)也即β型SiC；六邊形和菱面形結(jié)構(gòu)即α型SiC。由于兩者結(jié)構(gòu)不同，β-SiC的機械性能要比α-SiC稍有優(yōu)越。制備方法不同會導致纖維直徑、長度和晶體結(jié)構(gòu)也不同，從而使其物理特性也各不相同。晶須表面發(fā)生的化學反應(yīng)也會影響其性能。


顆粒

       SiC、石墨、Al2O3、云母、SiO2、氧化鋯、氮化硼、玻璃、MgO、TiC、AlN、Si3N6、ZrO2, TiO2、Pb和Zn都可以用來制造顆粒材料，尺寸有1微米到500微米不等。這些顆粒常用于輕量、耐磨強度高的材料制造，形穩(wěn)性好、振動阻尼高，如表八所示。


3. 耐熱復合材料性能

機械性能：

       SiC纖維增強型SiC基復合材料的抗拉強度為30-50 N/mm2，剪切力為10-20 N/mm2，彈性模量為240 N/mm2，彈性較好。該材料在1200 ℃、1.0 Hz、疲勞應(yīng)力在80-200 N/mm2的條件下進行實驗研究。

       Al2O3纖維增強型Al2O3基復合材料抗拉強度為55-153 N/mm2，這是由于材料中45°纖維方位的緣故；彈性模量為46-74.5。

       TiB2纖維增強型B4C基復合材料的抗拉強度和撓曲強度有所改善，材料的硬度和韌性也有所改善。

       ZrSiO4顆粒/膨潤土粘結(jié)劑增強型Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3基復合材料的撓曲強度為190-220 N/mm2，耐磨強度為51 mm3。

       SiC纖維增強型硅氧烷基復合材料的彈性模量比氧化鋁纖維增強型硅氧烷基復合材料的彈性模量要低。

熱性能：

       SiC基復合材料在25 ℃下的熱導系數(shù)為25-30 W/m•K。

       ZrSiO4顆粒/膨潤土粘結(jié)劑增強型Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3基復合材料出現(xiàn)了14%的直線式熱收縮。

化學性能：

       SiC纖維增強型SiC基復合材料在1500 ℃下由于材料表面形成了一層SiO2而表現(xiàn)出抗氧化性。