中國(guó)粉體網(wǎng)訊 陶瓷基復(fù)合材料作為先進(jìn)熱結(jié)構(gòu)材料，具有高強(qiáng)度、耐高溫、輕質(zhì)等特點(diǎn)，是影響航空航天重要裝備核心性能的關(guān)鍵材料之一。面向國(guó)防科技工業(yè)需求，推動(dòng)該材料研究和應(yīng)用對(duì)保障重要裝備跨代發(fā)展和關(guān)鍵材料自主可控至關(guān)重要。
陶瓷基復(fù)合材料常見(jiàn)制備工藝主要有化學(xué)氣相沉積法（CVI）、前驅(qū)體浸漬裂解法（PIP）和金屬熔滲反應(yīng)法（RMI）。CVI工藝通過(guò)氣相小分子熱解沉積實(shí)現(xiàn)材料致密化，但不適用厚壁樣件；PIP工藝通過(guò)前驅(qū)體反復(fù)浸漬-裂解進(jìn)行致密化，往往需要重復(fù)9-16輪，且前驅(qū)體利用率低（30wt%左右）。
CVI和PIP兩種工藝周期長(zhǎng)、成本高大大限制了其廣泛應(yīng)用。與前兩者相比，RMI工藝制備周期相對(duì)較短，但高溫金屬熔體對(duì)纖維損傷程度大，顯著影響材料的力學(xué)性能。
高效率、低成本的陶瓷基復(fù)合材料制備新工藝
北京理工大學(xué)張中偉教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種具有原位自增密的陶瓷基復(fù)合材料快速制備技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)材料的高效、高通量、低成本制備。開(kāi)發(fā)了無(wú)機(jī)填料改性的新型高粘聚硅硼氮烷前驅(qū)體，具備低揮發(fā)份、高陶瓷產(chǎn)率和填料穩(wěn)定負(fù)載特性；創(chuàng)新性提出活性金屬作為氣相固碳/固氮引發(fā)劑，實(shí)現(xiàn)C/SiBCN復(fù)合材料的快速致密化，這種技術(shù)被命名為ViSfP-TiCOP。該工藝方法對(duì)縮短陶瓷基復(fù)合材料制備周期、提高前驅(qū)體利用效率、并降低材料制備成本具有非常重要意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為進(jìn)一步擴(kuò)大陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域提供了全新的思路和策略。
ViSfP-TiCOP快速制備技術(shù)流程圖
北理工團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了CMCs新型快速制備工藝方法ViSfP-TiCOP，創(chuàng)新性提出活性金屬的原位氣相碳化與氮化機(jī)理提升致密化進(jìn)程。由于極低的揮發(fā)份含量、高交聯(lián)度和原位Ti增密機(jī)理，新型SiBCN-M前驅(qū)體陶瓷產(chǎn)率高達(dá)87wt%。僅3輪重復(fù)浸漬-裂解，完成Cf/SiBCN-Ti復(fù)合材料致密化（孔隙率＜10Vol%）。ViSfP-TiCOP工藝對(duì)CMCs的制備周期可以降低到400h以下，相比于傳統(tǒng)的PIP成型工藝，ViSfP-TiCOP工藝大幅縮減了工藝周期，實(shí)現(xiàn)了CMCs的低成本、高通量及快速化制備。
該方法為陶瓷基復(fù)合材料提供了一種無(wú)壓、低工藝溫度（1200℃）環(huán)境且不依賴高價(jià)值工藝裝備的快速成型技術(shù)，大大縮短制備周期、降低成本，為陶瓷基復(fù)合材料降本增效和擴(kuò)大應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。
陶瓷基復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1700億元
根據(jù)Markets and Markets的報(bào)告，2023年，全球陶瓷基復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模從2019年的697.76億元增長(zhǎng)至775億元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為2.65%。預(yù)計(jì)2024年市場(chǎng)規(guī)模為854.44億元，至2031年，該市場(chǎng)規(guī)模有望接近1700億元，2024-2031年復(fù)合增速將超過(guò)10%，陶瓷基復(fù)合材料將迎來(lái)高速發(fā)展期。
隨著航空航天、新能源等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，這些領(lǐng)域?qū)Ω邷責(zé)峤Y(jié)構(gòu)材料的性能提出了更高的要求，作為極具應(yīng)用前景的高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)材料，隨著制備技術(shù)、加工技術(shù)的不斷迭代，陶瓷基復(fù)合材料有望迎來(lái)高性能、低成本、大規(guī)模的發(fā)展，其市場(chǎng)空間有望大幅抬升，其中航空航天的應(yīng)用將更是其中重點(diǎn)發(fā)展賽道。
來(lái)源：復(fù)合材料力學(xué)、中航證券研究所
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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