作為結(jié)構(gòu)材料,陶瓷具有耐高溫能力強、抗氧化能力強、硬度大、耐化學腐蝕等優(yōu)點,然而呈現(xiàn)脆性,不能承受劇烈的機械沖擊和熱沖擊等缺點,嚴重影響了它的實際應用。陶瓷基復合材料是在陶瓷基體中引入第二相材料,使之增強、增韌,又稱為多相復合陶瓷或復相陶瓷。
陶瓷基復合材料因具有耐高溫、耐磨、抗高溫蠕變、熱導率低、熱膨脹系數(shù)低、耐化學腐蝕、強度高、硬度大及介電、透波等特點,在有機材料基和金屬材料基不能滿足性能要求的工況下可以得到廣泛應用,成為理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。
陶瓷基復合材料已實用化或即將實用化的領(lǐng)域有刀具、滑動構(gòu)件、發(fā)動機制件、能源構(gòu)件等。法國已將長纖維增強碳化硅復合材料應用于高速列車的制動件的制造上,使用效果令人滿意。
根據(jù)新思界發(fā)布的《2017-2021年中國陶瓷基復合材料市場盈利預測及投資前景咨詢報告》顯示,陶瓷基復合材料是20世紀80年代逐漸發(fā)展起來的新型陶瓷材料,包括纖維(或晶須)增強陶瓷基復合材料、異相顆粒彌散強化復相陶瓷、原位生長陶瓷復合材料、梯度功能復合陶瓷及納米陶瓷復合材料。
經(jīng)過近些年的研究發(fā)展,陶瓷基復合材料技術(shù)研究已經(jīng)取得了較大的突破,但是還未真正進入大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化運行階段,目前只有少數(shù)企業(yè)在個別陶瓷基復合材料類別上完成了生產(chǎn)線的投產(chǎn)。如泛銳研究院的全資子公司鞏義市泛銳熠輝復合材料有限公司的碳纖維增強陶瓷基復合材料生產(chǎn)線,目前產(chǎn)品已成功應用到航天、軍工裝備等領(lǐng)域。
另外,中航復合材料有限責任公司經(jīng)過十多年的研究,開展了大量的工程化應用研究,并突破了多項制約CMC-SiC(陶瓷基復合材料)制造技術(shù)工程化應用的關(guān)鍵技術(shù)。目前,公司的陶瓷基復合材料熱結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品已通過某型號航空發(fā)動機模擬器考核;此外,公司研制的SiC/SiC復合材料航空發(fā)動機熱結(jié)構(gòu)件在某型號國產(chǎn)航空發(fā)動機上,進行掛片考核。已經(jīng)應用到航空、民用飛機、汽車、軌道交通、石油、電力和新能源等領(lǐng)域。
從國際市場上來看,目前對陶瓷基復合材料研究比較深入的國家主要有美國、日本、法國、德國等。其中美國對PIP、CVI和RMI工藝均有研究,且均有較高的研究水平;日本擁有聚碳硅烷(PCS)和連續(xù)SiC纖維制備技術(shù),主要開展PIP工藝制備纖維增強SiC復合材料的研究,特別是在SiC/SiC復合材料制備上具有較高的研究水平;法國以CVI技術(shù)為主,且技術(shù)水平屬國際領(lǐng)先;德國以RMI和PIP技術(shù)為主,特別是RMI技術(shù)世界領(lǐng)先。
新思界產(chǎn)業(yè)分析師表示,我國在陶瓷基復合材料研究方面起步相對較晚。近年來通過國家項目的支持,目前國內(nèi)相關(guān)高校和研究單位在陶瓷基復合材料的研究取得了較大的突破。但是目前陶瓷基復合材料的應用還主要集中在軍工、航天領(lǐng)域,在其他民用領(lǐng)域的應用規(guī)模還相對有限。接下來一段時期內(nèi),陶瓷基復合材料行業(yè)的發(fā)展方向?qū)⒅饕蜍娹D(zhuǎn)民發(fā)展,軍轉(zhuǎn)民的過程是行業(yè)發(fā)展規(guī)模迅速膨脹的階段,市場一旦打開,陶瓷基復合材料行業(yè)的發(fā)展也將進入新的階段。