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耐高温抗氧化陶瓷材料

技术简介

       硅硼碳氮(SiBCN)陶瓷材料具有优异的耐高温、抗氧化、抗热震和良好的抗蠕变性能,是新型高性能陶瓷复合材料之一,在无毒发动机、原子能反应堆壁、航空航天等领域有着广阔的应用前景。据报道,SiBCN多元陶瓷的耐高温可达2000℃以上,因此SiBCN材料非常适合用作无毒推力器喷管。其中,SiBCN陶瓷的抗氧化性能极其优异,具有非氧化物陶瓷中最低的氧化系数。

       在德国等采用有机先驱体法合成SiBCN系非晶陶瓷,但关键原料依赖进口,不仅价格昂贵、且存在有毒、污染环境、不适宜制备致密块体陶瓷等缺点,极大制约了其工程应用,而有关该系陶瓷致密块体材料的力学、热学、烧蚀等性能数据也一直处于空白。因此,迫切需要寻找替代原料、开发新工艺。在国际上率先开辟了以无机粉代替有机前驱体原料,通过机械化学合成及后续烧结的固相法制备非晶/纳米晶硅硼碳氮(SiBCN)系亚稳态陶瓷新途径,发明了耐高温、抗氧化SiBCN系新型块体非晶/纳米复相陶瓷材料,填补了该系块体陶瓷力学、热物理、烧蚀等性能特性数据的国际空白。该技术具有制备工艺简单、成本低、周期短等优点。
       采用该材料体系研制的耐高温部件,特别是小推力液体发动机用喷管等,满足了型号研制的要求。该材料可满足在高温有氧、惰性气体、真空等多种环境下的部件使用要求。


技术指标

       (1)力学性能
       密度:<3.0g/cm3
       抗弯强度:≥200MPa(室温)
       ≥150MPa(1500°C,空气中);
       弹性模量≥100GPa;
       断裂韧性≥5.0MPa×m1/2。
       (2)高温抗氧化性能
       1500°C/50h干燥空气中质量变化<10mg/cm2;潮湿空气中质量变化<300mg/cm2


技术特点

       与国外先进的有机先驱体方法制备SiBCN陶瓷技术相比,本技术具有以下优点:

       (1)原材料为常见的陶瓷粉末,价格低、来源广;
       (2)制备过程简单、周期短;
       (3)适于制备高致密的块体陶瓷材料。


技术水平

       国际先进


适用范围

       可应用于民用航空航天、冶金等使用温度高达1400~1600℃的高温部件,如小推力液体发动机用喷管、惰性阳极材料等。


专利状态

       授权专利7项


技术状态

       生产、应用开发阶段


合作方式

       合作开发


预期效益

       可满足航空航天、冶金等高温领域,对材料的使用温度要求达到1400~1600℃,包括有氧、惰性、真空等多种气氛环境。可有效提高设备的运行温度,进而提高生产效率、降低成本。