陶瓷纤维范文第1篇

关键字：陶瓷基；复合材料；连续纤维；制备技术；发展趋势

1 引言

科学技术的发展对材料提出了越来越高的要求，陶瓷基复合材料在破坏过程中表现出非脆性断裂特性，具有高可靠性，因此在新能源、国防军工、航空航天、交通运输等领域有广阔的应用前景。

陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相材料，使之增强、增韧，又称为多相复合陶瓷或复相陶瓷。陶瓷基复合材料是自20世纪80年代逐渐发展起来的新型陶瓷材料，包括纤维（或晶须）增强陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。因具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、热导率低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、强度高、硬度大及介电、透波等特点，在有机材料基和金属材料基不能满足性能要求的工况下可以得到广泛应用，成为理想的高温结构材料[1]。

连续纤维增强复合材料是以金属、陶瓷等为基体材料，连续长纤维为增强材料制备而成。金属基复合材料是以金属、轻合金等为基体材料、陶瓷等为增强材料制备而成的。从20世纪60年代起各国都相继对金属基复合材料展开了大量研究，因其高比强度、高比模量和低热膨胀系数等特点，被广泛应用于航天航空及汽车工业。但是陶瓷材料的脆性大、塑韧性差，导致了其在使用过程中可靠性差，制约了它的应用范围。纤维增强陶瓷基复合材料，克服了陶瓷材料脆性断裂的缺点，提高了材料的抗热震冲击能力[2～5]。

2 陶瓷基纤维复合材料

陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可以是氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，其弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂，导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效方法。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。

陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品，最高使用温度取决于其基体特征。陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于高速列车的制动件的制造上，使用效果令人满意。

2.1 陶瓷基体选择

用于连续纤维增强陶瓷基复合材料的基体材料有很多种，与纤维之间的界面相容性是衡量其好坏的重要指标之一，此外还应考虑其弹性模量、挥发性、抗蠕变和抗氧化等性能。基体材料主要有以下三类：

（1） 玻璃及玻璃陶瓷基体。此类基体的优点是可以在较低温度下制备，增强纤维不会受到热损伤，具有较高的强度保留率；同时，在制备过程中可通过基体的粘性流动来进行致密化，增韧效果好。但其缺点是由于玻璃相的存在容易产生高温蠕变，玻璃相还容易向晶态转化而发生析晶，使用温度受到限制。目前，此类基体主要有：钙铝硅酸盐玻璃、锂铝硅酸盐玻璃、镁铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃及石英玻璃。

（2） 氧化物基体。它是20世纪60年代以前应用最多的一类陶瓷材料，主要有Al2O3、SiO2、ZrO2和莫来石等；近年来，又相继开发了钇铝石榴石、ZrO2-TiO2、ZrO2-A12O3等。制备氧化物陶瓷基复合材料的最大问题是，在高温氧化环境下，纤维容易发生热退化和化学退化，且易与氧化物基体发生反应。因此，这些材料均不宜用于高应力和高温环境中。

（3） 非氧化物基体。主要指SiC陶瓷和Si3N4陶瓷，因具有较高的强度、耐磨性和抗热震性及优异的高温性能，与金属材料相比还具有密度较低等优点，此类基体受到人们的广泛关注，其中SiC基复合材料是研究得最早，也是较成功的一种。比如，以化学气相渗透法制备的Nica-lon纤维增韧碳化硅基复合材料，其抗弯强度达600 MPa，断裂韧性达27.7 MPa・m-2 [2]。其它研究较成功的非氧化物陶瓷基体有Si3N4、BN等。

2.2纤维的选择

虽然用于纤维增强陶瓷基复合材料的纤维种类较多，但迄今为止，能够真正实用的纤维种类并不多。高温力学性能是其决定因素，同时，纤维还应具有密度低、直径小、比强度和比模量高等特点，在氧化性气氛或其它有害气氛中有较高的强度保持率，能满足加工性能和使用性能的要求。以下是对增强纤维进行的简要介绍：

（1） 氧化铝系列（包括莫来石）纤维。这类纤维的高温抗氧化性能优良，可用于1400℃以上的高温环境。但作为陶瓷基复合材料的增强材料使用时主要存在两个问题：

1）高温下晶体相变、晶粒粗化以及玻璃相的蠕变导致纤维的高温强度下降；2）在高温成型和使用过程中，氧化物纤维易与陶瓷基体（尤其是氧化物陶瓷）形成强结合的界面，导致纤维增强陶瓷基复合材料的脆性破坏，丧失了纤维的补强增韧作用。

（2） 碳化硅系列纤维。目前制备碳化硅纤维的方法主要有两种：1）化学气相沉积法（CVD），用这种方法制备的碳化硅纤维高温性能好，但直径太大（大于100 um），不利于制备形状复杂的构件，且价格昂贵，因此应用受到很大限制；2）有机聚合物先驱体转化法。在这种方法制备的纤维中，最典型的例子是日本碳公司生产的Nicalon和Tyranno纤维。它们的的共同特点是，纤维中不同程度的含有氧和游离碳杂质，影响纤维的高温性能。最近，日本碳公司生产的低含氧量碳化硅纤维（Hi-Nicalon）具有较好的高温稳定性，其强度在1500～1600℃温度下变化不大[6]。

（3） 氮化硅系列纤维。它实际是由Si、N、C和O等组成的复相陶瓷纤维，现已有商品出售。这类纤维也是通过有机聚合物先驱体转化法制备的，目前也存在着与先驱体碳化硅纤维同样的问题，其性能与先驱体碳化硅纤维相近。

（4） 碳纤维。碳纤维已有三十余年的发展历史，它是目前开发得最成熟，性能最好的纤维之一，已被广泛用作复合材料的增强材料。其高温性能非常好，在惰性气氛中，2000℃温度范围内强度基本不下降，是目前增强纤维中高温性能最佳的一类纤维。然而，缺点是高温抗氧化性能差，在空气中，温度高于360℃后即出现明显的氧化失重和强度下降，如能解决这个问题（如采用纤维表面涂层等方法），碳纤维仍不失为制备纤维增强陶瓷基复合材料的最佳侯选材料[7]。

3 连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法

3.1料浆浸渍和热压烧结法

料浆浸渍和热压烧结法的基本原理是：将具有可烧结性的基体原料粉末与连续纤维用浸渍工艺制成坯件，然后在高温下加压烧结，使基体材料与纤维结合成复合材料 。工艺流程图如图1所示。

料浆浸渍是指让纤维通过盛有料浆的容器浸挂料浆后缠绕在卷简上，烘干，沿卷简母线切断，取下后得到无纬布，将无纬布剪裁成一定规格的条带或片，在模具中叠排成预成型坯件。经高温去胶和烧结得到复合材料制件。热压烧结应按预定规律（即热压制度）升温和加压。热压过程中，最初阶段是高温去胶，随粘结剂挥发、逸出，将发生基体颗粒重新分布、烧结和在外压作用下的粘性流动等过程，最终获得致密化的复合材料。此种工艺现己用于制备以玻璃相为基体的复合材料[8]。

3.2 直接氧化沉积法

直接氧化沉积法（LANXIDE）最早被用于制备A12O3/A1复合材料，后推广用于制备连续纤维增强氧化物陶瓷基复合材料。LANXIDE法工艺原理为：将连续纤维预成型坯件置于熔融金属上面，因毛细管作用，熔融金属向预成型体中渗透。由于熔融金属中含有少量添加剂，并处于空气或氧化气氛中，浸渍到纤维预成型体中的熔融金属与气相氧化剂反应，形成氧化物基体，产生的氧化物沉积在纤维周围，形成含有少量残余金属的、致密的连续纤维增强陶瓷基复合材料。这种方法适用于制备以氧化铝为基体的陶瓷基复合材料，如SiC/A12O3，在1200℃的抗弯强度为350 MPa，断裂韧性为18 MPa・m1/2，室温时的抗弯强度为450 MPa，断裂韧性为21 MPa・m1/2 [9] 。

直接氧化沉积法工艺优点是：对增强体几乎无损伤，所制得的陶瓷基复合材料中纤维分布均匀；在制备过程中不存在收缩，因而复合材料制件的尺寸精确；工艺简单，生产效率较高，成本低，所制备的复合材料具有高比强度，良好韧性及耐高温等特性。

3.3溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法（Sol-ge1）是用有机先驱体制成的溶胶浸渍纤维预制体，然后水解、缩聚，形成凝胶，凝胶经干燥和热解后形成复合材料。此工艺组分纯度高，分散性好，而且热解温度不高（低于1400℃），溶胶易于润湿纤维，因此更利于制备连续纤维增强陶瓷基复合材料。该工艺缺点是：由于是用醇盐水解来制得基体，所以复合材料的致密性差，不经过多次浸渍很难达到致密化，且此工艺不适于部分非氧化物陶瓷基复合材料的制备[10]。

3.4化学气相法

化学气相法主要包括化学气相沉积法（CVD）、化学气相渗透法（CVI）等。最常用的复合材料制备方法是CVI法，它是在CVD法的基础上发展起来的。该制备方法是将纤维预制体置于密闭的反应室内，采用气相渗透的方法，使气相物质在加热的纤维表面或附近产生化学反应，并在纤维预制体中沉积，从而形成致密的复合材料[11，12]。

该技术的主要优点是：（1） 由于是在低于基体熔点的温度下制备合成陶瓷基体材料，避免了纤维与基体材料的高温化学反应，所以制备过程中对纤维损伤小，材料内部的残余应力小；（2） 通过改变工艺条件，能制备多种陶瓷材料，有利于材料的优化设计和多功能化；（3） 能制备形状复杂、近净尺寸和纤维体积分数大的复合材料。主要缺点是：生产周期长，设备复杂，制备成本高；制成品孔隙率大，材料致密度低，从而影响复合材料的性能；不适于制备厚壁部件。

3.5 先驱体转化法

先驱体转化法（PIP法）又称聚合法浸渍裂解法或先驱体裂解法，是近年来发展迅速的一种连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺。与溶胶-凝胶法一样，先驱体转化法也是利用有机先驱体在高温下裂解而转化为无机陶瓷基体的一种方法。溶胶-凝胶法主要是用于氧化物陶瓷基复合材料，而先驱体转化法主要用于非氧化物陶瓷，目前主要以碳化物和氮化物为主。

PIP法的主要特点是：（1） 在单一聚合物和多相聚合物中浸渍，能得到组成均匀的单向或多相陶瓷基体，具有比CVI法更高的陶瓷转化率；（2） 预制件中没有基体粉末，因而纤维不会受到机械损伤；（3） 裂解温度较低（小于1300℃），无压烧成，因而可减轻纤维的损伤和纤维与基体间的化学反应；（4） 可以对先驱体进行分子设计，制备所期的单相或多相陶瓷基体，杂质元素容易控制；（5） 充分利用聚合物基和C/C复合材料的成型技术，可制造出形状复杂的异型件。该法的主要缺点在于：致密周期较长，制品的孔隙率较高；基体密度在裂解前后相差很大，致使基体的体积收缩很大（可达50～70%）。由于增强材料的骨架牵制着基体的体积收缩，因而在基体内部容易产生裂纹和气孔，破坏了复合材料的整体性，并最终影响复合材料的性能。

4 陶瓷基复合材料的应用前景

陶瓷材料是一种本质脆性材料，在制备、机械加工以及使用过程中，容易产生一些内在和外在缺陷，从而导致陶瓷材料灾难性破坏，严重限制了其应用的广度和深度，因此提高陶瓷材料的韧性成为影响陶瓷材料在高技术领域中应用的关键。

近年来，受自然界高性能生物材料的启发，材料界提出了模仿生物材料结构制备高韧性陶瓷材料的思路。1990年，Clegg等创造性制备了SiC薄片与石墨片层交替叠层结构复合材料与常规SiC陶瓷材料相比，其断裂韧性和断裂功提高了几倍甚至几十倍，成功地实现了仿贝壳珍珠层的宏观结构增韧。随后，国内外科研人员在陶瓷基层状复合材料力学性能方面进行了大量的试验研究，取得了很大进展。

陶瓷基层状复合材料力学性能的优劣关键在于界面层材料，能够应用在高温环境下，抗氧化的界面层材料还有待进一步开发。此外，在使用C、B、N等弱力学性能的材料作为界面层时，虽然能够得到综合性能优异的层状复合材料，但是基体层与界面层之间结合强度低的问题也有待进一步解决。

陶瓷基层状复合材料的制备工艺具有简便易行、易于推广、周期短而廉价的优点，可以应用于制备较大或形状复杂的陶瓷部件。这种层状结构还能够与其它增韧机制相结合，形成不同尺度多级增韧机制协同作用，实现简单成分多重结构复合，从本质上突破了复杂成分简单复合的旧思路。这种新的工艺思路是对陶瓷基复合材料制备工艺的重大突破，将为陶瓷基复合材料的应用开辟广阔前景。

5 结 语

连续纤维增强复合材料因其优异的性能得到广泛的关注，但是纤维增强复合材料的研究还处于起步阶段，已经开发应用的制备技术都存在着各自的问题，普遍存在的问题有以下几点：（1） 制备工艺复杂，很难应用于连续生产；（2） 基体与增强体润湿问题也给复合材料的制备带来很大的难题；（3） 复合材料的制备需要在较高温度下进行，所以基体与增强体之问不可避免地会发生不同程度的界面反应。界面反应促进了增强体与基体的润湿，是对制备有利的因素，但是反应生成的脆性相反而会影响复合材料的性能。

综上所述，陶瓷基复合材料的制备存在着很多问题。在高温、高压下制备出的复合材料虽然可以保证材料的致密性，但同时也对纤维造成一定的损伤；降低制备温度，低压下制备复合材料，使得基体孔隙率高，严重影响复合材料的性能[13]。因此，发展新的连续纤维增强复合材料的制备工艺是实现大规模生产的当务之急，也是今后连续纤维增强复合材料研究的主要方向，随着研究的不断深入，高性能复合材料的不断创新，连续纤维增强复合材料的应用将会更加广阔。

参考文献

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陶瓷纤维范文第2篇

【关键词】复合材料；复合装甲；武器装备

中图分类号：E27 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）07-1921-01

从古到今，被用作装甲防护的材料很多，具有代表性的主要还是金属（主要是特种钢、铝和钛合金等）、陶瓷等无机材料和玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维及其复合材料和陶瓷/复合材料超混杂防护装甲体系。由于先进复合材料的密度小、防护性能高、制造工艺简单，自然成为新型轻质防弹装甲的首选材料。设计得当的先进复合材料装甲，在同等重量的情况下，其防弹能力可达到钢装甲的数倍，即在防护等级相同的情况下，先进复合材料装甲之重量可比钢装甲轻很多。为此很有必要开展防弹复合材料及其在武器装备中的应用研究。

一、先进防护装甲的防护机理

用于装甲结构的纤维复合材料主要包括玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维增强复合材料及由它们组成的混杂纤维增强复合材料。用于制备防弹复合材料的基体可以是热固性树脂，也可以是热塑性弹性体，使用较多的是环氧树脂、聚酯树脂、改性酚醛树脂、乙烯基树脂、离子型聚合物、聚乙烯醇缩丁醛等。通常可以几种树脂基体混合使用，以得到最佳的防护性能。其中混杂纤维增强的复合材料比单一纤维增强的复合材料的抗弹性能要高15%～25%，且具有隐身特性，成本也有较大幅度的下降。这些材料已开始在现代装甲车辆的复合装甲结构中使用。

（一）纤维复合材料装甲的防护机理

纤维复合材料装甲主要采用层压工艺成型，当弹丸侵彻层压板时，层压板经过以下几个破坏阶段：

1.拉伸破坏阶段。纤维受到拉伸变形，弹丸的部分动能转化为纤维的断裂能。

2.剪切破坏阶段。层压板受到弹丸的侵彻作用，沿厚度方向被剪成细小颗粒的“冲塞”。这种剪切破坏吸收了弹丸的大部分动能。

3.分层破坏。垂直于层压板表面的冲击载荷产生了应力波，应力波沿受冲击纤维的轴向及纵向传播，至纤维交叉处又传播给交叉纤维，它们就是以这种方式来传递和吸收能量的。这一过程在某种程度上受到基体树脂的抑制。

4.熔融破坏。玻璃纤维和芳纶纤维的熔点较高（玻璃纤维的熔点约为1200℃，芳纶纤维的熔点约为500℃，在分解温度下不熔融），不会出现熔融现象。而UHWMPE纤维的熔融温度较低（约为138℃），当层压板受到侵彻时，由于摩擦作用产生热量，温度一超过UHWMPE纤维的熔点，纤维即被熔融，导致纤维断裂。以上这四种破坏方式使弹丸的动能转变为层压板的应变能，降低以至全部吸收弹丸的动能，阻挡了弹丸的前进，从而起到防护作用。

（二）超混杂复合材料装甲的防护机理

超混杂复合材料是将片状金属、陶瓷与纤维增强树脂混杂复合的一种抗弹结构材料。可以是层间混杂，也可以夹心混杂。如碳纤维增强环氧一铝层间混杂复合材料。纤维增强树脂一陶瓷超混杂复合材料是目前优异的抗弹材料。欧洲专利公布的一种适用于战车、主战坦克、飞机的防弹装甲结构是一种典型的超混杂复合材料结构。

典型的先进复合装甲结构是以陶瓷为面板，纤维复合材料为背板，中间用胶粘剂粘接，陶瓷表面覆盖一层尼龙布止裂层。这种结构的防护机理是：当弹体侵彻装甲时，首先撞击到陶瓷面板，利用陶瓷的高强度、高模量、高压缩强度来破坏弹体，降低弹体的速度，增大弹丸与装甲的作用面积，同时破坏的陶瓷与弹体相互磨蚀，阻止弹体的进一步侵彻；然后利用复合材料背板良好的冲击性能和变形能力来吸收弹体和破碎陶瓷的剩余能量，使弹体不能穿透背板，从而达到防护的目的。

二、先进复合材料装甲的发展趋势

尽管UHWMPE纤维已在弹道防护领域成为一种非常有竞争力的材料，但在耐热性、界面粘接、热膨胀和阻燃等方面与芳纶纤维相比存在着很大的不足。就目前的实际使用来看，芳纶在弹道防护领域中的使用远大于UHWMPE纤维。

陶瓷纤维范文第3篇

一、结构陶瓷同金属材料相比,陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3),因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合,如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。

1、氧化物陶瓷主要包括氧化铝、氧化锆、莫来石和钛酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题,原料价格低廉,生产工艺简单。氧化铝和氧化锆具有优异的室温机械性能,高硬度和耐化学腐蚀性,主要缺点是在1000℃以上高温蠕变速率高,机械性能显著降低。氧化铝和氧化锆主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平,但它在1400℃仍能保持这一强度水平,并且高温蠕变速率极低,因此被认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。上述三种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹,因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低,无法单独作为受力元件,所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件,并已在陶瓷发动机上得到应用。

2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(SIALON)。同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起,因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力,并且能把这些性能的大部分保持到高温,这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难,必须在极高温度(1500～2500℃)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品,有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。这些含硅的非氧化物陶瓷还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性,因此一直是陶瓷发动机的最重要材料,目前已经取代了许多超高合金钢部件。现有最佳超高合金钢的使用温度低于1100℃,而发动机燃料燃烧的温度在1300℃以上,因而普遍采用高压水强制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金钢后,燃烧温度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系统,这在能源利用和环保方面具有重要的战略意义。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本较高,但高温韧性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多,并且刀具寿命长、允许切削速度高,因而在刀具市场占有日益重要地位。它的应用领域还包括轻质无陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。

3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要区别在于结晶度,玻璃是非晶态而陶瓷是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化,而陶瓷的软化温度同熔点很接近,因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型,工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能,它利用玻璃成型技术制造产品,然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝-硅酸盐和钙-镁-铝-硅酸盐系列,它们常被用来制造耐高温和热冲击产品,如炊具。此外它们作为建筑装饰材料正得到越来越广泛的应用,如地板、装饰玻璃。

二、陶瓷基复合材料复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料,它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类:氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末(如氧化铝、氮化硅或莫来石)混合后制成的高韧性材料,其断裂韧性可以达到10Mpam1/2以上,而一般陶瓷的韧性仅有3Mpam1/2左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多,所以它对基体具有强化作用;同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力,从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料,例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30Mpam1/2以上,比烧结碳化硅的韧性提高十倍。但因为这类材料价格昂贵,目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体,其强度和模量接近材料的理论值,极适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用,主要体系有碳化硅晶须-氧化铝-氧化锆、碳化硅晶须-氧化铝和碳化硅晶须-氮化硅。

三、功能陶瓷功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷,已经具有极高的产业化程度。下面根据性能对几类主要的功能陶瓷作一简介。

1、导电性能陶瓷材料具有非常广泛的导电区间,从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异的电绝缘性,因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体。以晶体管集成电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用,最具有代表性的是稳定氧化锆和β-氧化铝。稳定氧化锆仅对氧离子具有传导作用,主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵(从空气中获得纯氧)和燃料电池。β-氧化铝仅对钠离子具有传导作用,主要用来制造钠-硫电池,其特点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。陶瓷超导体是近10年才发展起来的,它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高,已经达到液氮温度以上。典型的陶瓷超导体为钇-钡-铜-氧系列材料,已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。

2、介电性能大多数陶瓷具有优异的介电性能,表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体的材料。当钡或钛离子被其他金属原子置换后,会得到具有不同介电性能的电介质。钛酸钡基电介质的介电常数高达10000以上,而过去使用的云母小于10,所以用钛酸钡制成的电容器具有体积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态,但当温度超过这一临界值时,电阻率突然增加到103～104倍成为绝缘体。利用这一效应的产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件。许多陶瓷,如锆钛酸铅,具有显著压电效应。当在陶瓷上施加外力时,会产生一个相应的电信号,反之亦然,从而实现机械能和电能的相互转换。压电陶瓷用途极其广泛,产品有压力传感元件、超声波发生器等。

陶瓷纤维范文第4篇

摘要：山东鲁阳股份有限公司始建于1984年,是国内陶瓷纤维行业（陶瓷纤维行业属于建材行业的细分行业）第一家也是唯一一家上市公司，陶瓷纤维是一种节能耐火材料。本文通过分析鲁阳股份有限公司以及建材行业的偿债能力指标对其偿债能力进行分析。

1、行业判断

鲁阳股份所处的细分行业陶瓷纤维行业，但是由于目前大行业分类的没有统一的硬性规定，不同的财经网站或是股票分析软件对其分类有所不同，所以鲁阳股份的大行业分类不太统一。根据大智慧软件的分类，鲁阳股份属于建材行业，该行业上市公司一共有73家，通过对CASMAR数据库的数据进行统计，鲁阳股份一些指标排名如下

通过上表我们可以看出，鲁阳股份的总资产、主营业务收入、净利率的排名比较靠后，这是因为公司规模不大，陶瓷纤维虽然不算是最新兴的行业，但是在我国也是最近几年才开始迅速发展起来的，鲁阳股份主营产品及业务范围同建材行业的很多细分行业比如说涂料 玻璃 水泥 地板 钢材 门窗 铝塑板 石材 铝型材 管材等存在很大的差异，因此此处的排名不具有代表性，但其每股收益和净资产收益率都处于行业上游水平，说明企业的盈利能力不错。

2、偿债能力分析

（1）鲁阳股份以及整个建材行业2007年到2009年的偿债能力指标变化图

根据上图可知鲁阳股份2007 年、2008 年和2009 年，流动比率、速动比率总体呈平稳上升走势，原因在于公司近几年产销稳定，销售规模不断扩大，使得公司各项流动性资产增加，并超过流动负债的增长规模，从而使得流动比率、速动比率等短期偿债能力指标趋好。2007 年-2009 年，公司资产负债率分别是27.33%、31.41%和22.84%，资产负债率在较低的水平上小幅波动，公司财务状况稳定，偿债能力较好。

（3）鲁阳股份和建材行业近三年偿债能力指标柱状图

行业比较：通过上图对比我们可以看到，鲁阳股份偿债能力处建材行业上游，流动比率，速动比率，都要高于行业平均水平，现金流量充沛。而资产负债率则低于同业水平，偿债风险小，偿债能力好，投资者可以做长期投资，并保持对其经营进展的关注。

3、结论

虽然相对于整个建材行业鲁阳股份的规模并不是特别大，但事实上鲁阳股份是整个陶瓷纤维行业的龙头企业，在国内的市场占有率高达35%，在节能减排的大背景下，随着公司业务从工业应用分散至工业、民用节能产品，公司长期增长空间已经被打开，下游应用的空间与增长依然，陶纤作为工业节能和民用节能产品还将得到鼓励和应用。所以鲁阳股份是一支值得购入的股票，但陶瓷纤维全世界市场容量有限，增长空间狭小，目前市场占有率35％，快达到饱和。此外陶瓷纤维技术创新很快，存在技术更新的风险;新产品市场开拓存在不确定性，投资者仍需谨慎介入。

参考文献：

[1] 李云美. 公司短期偿债能力分析的具体运用[J]. 经济师, 2009,(06) .

[2] 庄红梅. 企业短期偿债能力分析指标研究[J]. 河南科技, 2010,(15) .

陶瓷纤维范文第5篇

关键词：硅碳棒 高温 设备

中图分类号：TG454

1 前言

本文研制的高温钎焊设备需满足长期运行在1250℃高温环境中，能实现产品测温、炉膛测温、产品内腔抽真空、炉膛通氩气保护等多项功能。同时，需实现精确的温度控制，准确显示设备内环境温度和产品表面温度，并对各项监测数据实现计算机实时储存、打印、输出。这样的复杂工艺过程对所需钎焊设备的结构组成、各项功能提出了更高的设计要求。

2 设备组成

高温专用钎焊设备组成分为：

①炉体部分：包括炉门机构、炉子主体、加热元件

炉门机构：用来是支撑炉门。

炉子主体：由炉壳和炉衬层组成。

加热元件：采用进口康泰尔U型硅碳棒，均布在炉体内左右两侧及后墙布置。

②加载装置：由真空系统、承载大轴、大轴驱动、小车驱动、及车体组成。

③电源部分：由中频电源和变压器组成。

④控制部分：由温度调节仪、温度记录仪、真空计、PLC以及通用的电流、电压、功率表组成。用于完成设备控温、炉门开、闭动作、小车进退及大轴旋转等功能。

⑤氩气保护系统：采用气瓶组集中供气，通过氩气控制柜给钎焊箱内充氩气。

⑥水冷系统：用于冷却小车上真空机组。

3 关键技术

3.1加热元件的选取

作为高温钎焊设备的核心元件加热体，目前可以选用的加热体为金属元件和非金属元件。选择满足工作温度要求的加热体，最重要的指标是工作温度和加热元件的表面负荷率。

根据加热设备使用经验，加热体工作温度一般要比设备内环境温度高100-200℃，如表1所示，如常用的金属元件0Cr27Al7Mo2，在1250℃时是极限工作温度下使用，严重影响使用寿命，而非金属元件的硅碳棒正常工作范围1250-1400℃是热效率利用最佳温度区域。

加热元件的表面负荷率是单位面积所分配的功率，每种加热体根据使用要求都有最佳的表面负荷。表面负荷率越高，加热体本身的温度越高，有利于加快传热速度，但是同时加热体寿命会大幅降低。表面负荷率过低，将加热效率会降低同时增加电热元件消耗量，无法满足设备快速温升需求。根据表2两种加热体的不同温度的表面负荷率可以看出，金属元件0Cr27Al7Mo2在1300℃时，表面负荷率只有0.7W/cm2，而硅碳棒在1350℃时，表面负荷率是10W/cm2。

0Cr27Al7Mo2需要布置的面积是硅碳棒的10÷0.7=14.3倍，选用硅碳棒可以减少占用空间，炉体更加紧凑。

综合上述，在新研制的高温专用钎焊设备中应选择硅碳棒作为加热元件，这样满足加热使用要求。

3.2新型耐火材料的应用

3.2.1耐火材料的选取

目前国内高温焊接设备广泛采用的是耐火粘土制品和陶瓷纤维制品。我厂现有钎焊炉炉衬基本为耐火砖制品，这些耐火材料使用温度较低，整体成型困难，这样就不可避免的存在一些如耐压强度低、荷重软化点低、抗化学腐蚀性较差等缺陷，长时间使用会出现大面积断裂、坍塌，部分衬体砖高温下与加热器粘接在一起，无法满足正常生产使用。耐火砖制品主要性能指标如表3所示。

陶瓷纤维制品是国内近几年研制出来的一种由高纯度的硅酸铝纤维加入少量结合剂、用高温真空成型法制成的新型节能材料，可长期使用温度在1600℃左右，高温下线收缩系数较大（1000℃时2%，1300℃时接近4%），属于不定形耐火隔热材料，主要制品有陶瓷纤维组块、陶瓷纤维板、陶瓷纤维毯。陶瓷纤维制品由于其体积密度小、导热系数低、重量轻、良好的隔热性能、可分块固定、更换等优点被广泛使用，逐渐取代了普通耐火粘土制品，主要性能指标见表4。

从上表3和表4可以看出，陶瓷纤维制品与耐火粘土制品相比，导热系数低，能更快速的升温，更加节能；使用温度高，炉衬使用寿命增加；体积密度小、减小了炉衬占用空间；并且产品形状上陶瓷纤维制品有毯、板、组块，可根据钎焊炉的要求进行组合安装，更换时只需将损坏处拆除，不需整体重做，降低了设备成本。

根据以上分析比较，炉衬耐火材料选择陶瓷纤维制品。

3.2.2隔热耐火层的结构设计

根据钎焊炉长期工作在1250℃的工况，如图1所示设计中钎焊炉三侧的耐火面和炉底的耐火层材料使用1400℃ γ=2.1的致密砖和γ=0.8的轻质高铝砖，保证内表面砌后平整。隔热保温层选用不同温度梯度的陶瓷纤维板、纤维毯组合成的全纤维结构，炉顶则采用1400℃陶瓷纤维组块。其密度低、导热系数小的性能可以大大减轻衬体重量、缩短升、降温时间，同时具有良好的机械强度和抗气流冲刷性能，能满足工作过程中热态进、出炉要求。

根据《热处理设备及设计》手册，一般加热设备外表面冷面温度一般不高于室温以上60℃。按室温为25℃，冷面温度不应高于85℃，计算结果中冷面温度最高为炉底79℃，满足设计要求。

4 结论

4.1作为高温钎焊设备核心部分的加热元件，选择康泰尔U型硅碳棒，不但满足工艺高温钎焊要求，而且提高了设备最高工作温度。

4.2在研制中炉衬选取新型节能耐火材料，并根据炉面不同温度位置而采用不同温度梯度组合结构，既能实现工作区域较好的温度均匀性和保温性，又能够节约能源、方便维护。

4.3实践证明，高温钎焊设备的设计思想是完全正确的，各项技术指标完全满足要求，使用效果良好，为以后其它高温钎焊设备的设计、制作提供了很好的应用基础。

参考文献

[1] 王海舟.《耐火材料分析》.科学出版社.2005.9

[2] 粟祜. 《真空钎焊》. 国防工业出版社， 1984：91-96