陶瓷基復合材料超聲輔助加工技術*

丁 凱，蘇宏華，傅玉燦，崔方方，李奇林，雷衛寧

（1.江蘇理工學院機械工程學院，常州 213001；2.南京航空航天大學機電學院，南京 210016）

陶瓷基復合材料（Ceramic Matrix Composites, CMC）是在陶瓷基體中引入第二相材料，使之增韌、增強的多相材料。與未增強陶瓷基體相比，陶瓷基復合材料具有更高的硬度、斷裂韌性以及更優良的耐磨、耐熱、抗蠕變、尺寸穩定性、抗燒蝕等性能特點，在航空航天、國防領域具有廣闊的應用前景[1-4]。

陶瓷基復合材料基體主要包括氧化鋁（Al2O3）、碳化硅（SiC）、氧化鋯（ZrO2）、氮化硅（Si3N4）等；增強體主要包括連續纖維、晶須、顆粒。研究表明，與晶須、顆粒增韌方式相比，連續纖維增韌具有最顯著的效果[2,5-6]。其中，碳纖維增強碳化硅基復合材料（Cf/SiC）[7-8]、碳化硅纖維增強碳化硅基復合材料（SiCf/SiC）[9-10]是目前研究較多、應用較為成熟的陶瓷基復合材料。按照結構特征，連續纖維增強陶瓷基復合材料包括二維編織結構和三維編織結構[1-3]。相比較而言，三維編織復合材料具有更優良的綜合性能指標，但制備工藝繁瑣，纖維變形嚴重，性能具有較大的分散性。Cf/SiC復合材料使用溫度可達到1650℃以上；密度為 1.7～2.5g/cm3，僅為高溫金屬結構材料的1/7～1/3，該種材料的應用可極大減輕飛行器結構重量、提高飛行器搭載能力[5]。目前國外已研制出Cf/SiC復合材料的飛行器熱防護部件、噴管和喉襯材料等，如NASA已將Cf/SiC復合材料制作的襟翼、熱防護部件成功應用于其X系列（X-37、X-38）航天試驗機上[11]。

雖然Cf/SiC等陶瓷基復合材料多數采用了如熔體浸滲法、化學氣相滲透法等[1-4]近凈成形的制備方法，但為了滿足裝配及使用要求，其構件一般需經過機械加工，以達到零部件的尺寸形狀精度和表面質量要求[12]。……