跟大家共同交流气相法渗透制备陶瓷基复合材料这么一个问题。这个复合材料它的制备可能以前涉及到更多的是固态法或者是液态法，今天这个问题我不知道是不是大家感兴趣的，因为我主要做这个方面。我这个报告大概有几个方面的内容，一个是关于气相法的一个简介，第二是介绍一下气相法的柔性性，第三个方面是介绍一下气相法的模拟和可视化的问题，第四个方面介绍气相法怎么样进行控制和设计。 我们之所以要发展陶瓷基复合材料是希望有一种综合性的比较好的结构材料，希望它这个做到耐高温、轻质以外，还能够可加工，同时有很好的韧性和可靠性。当然我们也可以说陶瓷基复合材料它的加工性和这些金属，它的高度性能不如陶瓷。但是正是因为它有了这样一种非常好的综合性，它的应用范围是非常广的。它可以从非常低的温度到很高的温度这么一个非常广的敬意之内都可以得到应用，比如说包括深空探测，航空发动机核能、燃气电站这个刹车，包括我们发动机里面的热防护等等这些方面。 陶瓷基复合材料在最近这些年，它的研究和应用应该说是进入了一个快速发展的通道，那么国际上应该说是这个方面比较活跃的。在这个方面在这个领域，我们国家和国际上的差别不是太大，在国际相关方的共同努力下取得非常大的进展。比如说在发动机整体的燃烧时，结构等等这些方面都已经经过了飞行的验证。 那么陶瓷基复合材料的制造方法，尽管我们看文章或者是看项目可能很多很多，但是我个人认为真正的能够成为工业化的制造工艺应该只有一种就是纤维基体转化法。为什么这么说呢？因为陶瓷基复合材料和别的不太一样，陶瓷太硬，如果你用别的其他的办法或者是烧结的办法很难做到这个陶瓷基复合材料它的两个基本要求。一个是对相对损伤小，另外一个高体积分数这两个目的很难达到的。 那么转化法我们可以把它分成两个方面，一个就是气相的转化法，还有一个液相的转化法。那么气相的转化法，比如我们常说的CY。那么这个CY的过程当然有很多的工具条件是不一样的，我们可以把它叫做梯度等等。那么液相转化法的话可以通过两个方面，一个是能够发生原位反应的，那么这个是我们通常所说的PIP的办法。那么还有一个是从不发生，一个不发生原位反应的叫PIP的办法，还有一个是发生原位反应的这个办法，这个工艺大概主要是这三种。那么途径只有一个，方法有三种。 那么这几种工艺方法各有优缺点，它的优势和劣势，我们综合比较一下用气相的办法，它是一个相对比较先进，同时也是一个比较基础的一个办法，所以说在陶瓷基复合材料制备里面应该说应用到目前为止也是最广的一个方法。 这三个方法，制备陶瓷基复合材料，我们要从结构来看它还是比较有明显的区别。那么CY办法的话，它的孔隙率相对比较高一点，PIP相对比较低。MI的方法是最低。那么这个里面我们可以看到液态和气相它的一个显著的差别就是气相的孔隙是比较集中的，也就是说它沉积的这个部位是在相对周围的表面。也就是说哪高它往哪沉积。那么这个液态的办法它主要是呆在大孔隙的地方，也就是说哪里低它呆在哪个地方。所以这就是液相和气相的差别，那么这种差别结构的一个显著的特征也会导致这两种工艺途径复合材料它的性能上的显著差距。 那么这个工艺，我们大概可以看到它是这么一个基本的流程。它可以做界面，可以做机体，包括头乘它都可以做，复合陶瓷结构里面，所以因此我们可以说它是一个非常基础的一个方法。但是它的一个显著的缺点就是它的一个周期是比较长的，而且成本也是比较高的。但是通过研究我们发现与下面的，我们要谈到它的柔性，非常强的柔性和它的相比的话，它这两个方面的一些问题应该是可以承受的。

陶瓷基复合材料的柔性我们归纳成这么几个方面：一个就是它的适应的面非常广，基本上我们可以说你要透过研究找到合适，研制出合适的先驱体来，任何物质都可以通过气相来制造。现在我们已经有了很多的材料，包括气相沉积或者化合气相渗透或者碳化物是非常耐高温的。像膨化物，膨化物比如说它有很好的抗氧化的性能。还有氧化物具有非常好的热障性能等等，我们都可以根据不同的目的要求来进行化合气相沉积。 第二个就是它是可控，就是说它的凝聚相，就是它的沉积相是可控的。从这里我们可以看得出来我们经常用来做MTS，我们只要是控制它的热力条件，那它既可以得到群的内部，同时也可以得到群的碳相，也可以得到群的硅相。大家注意了通过这样的体转化法得到了它的凝聚相的性能和别的方法得到的这个性能差别是非常大的，你比如说碳。我们知道碳是你不管任何工艺它的性能都不一样，通过这个沉积得到这个碳相，MTS得到的这个碳相。它和这种我们的一个甲烷或者是很大的，它是有很大的差别。 第二个我们认为它就是一个可设计的，很强的这个可设计性。你看我们这两个阀门，我们交替的关闭的话它就可以交替的来沉积碳化硅的碳化层得到这么一个多层的这样一个微结构的这样一个陶瓷基复合材料的这个机体。那么这种机体有一个好处，它碳化硅里面含得铜，那么这个铜在氧化的时候就可以生成，因此的话就立马把这个，就像我们的皮肤以后马上会跟它这个一样。那么这个复合材料就得到了保护，也就是说在一个很高的载荷机体变了，开裂了情况下它会功能。 那么还有一个它就是这个可调节性非常强，如果说我们同时打开这两个方案，同时沉积碳化硅和碳化铜的话，那就会得到一个弥散分布的碳化硅和碳化铜。那么这个弥散的组织结构它也可以在很大的范围调节，那么通过这种调节我们可以得到一些特殊的功能。比如说我们将来需要得到一些或者是突破性的一些机体可以通过这种方式来得到。 另外是可交互性，可交互性这是一个非常重要的一个问题。我们知道陶瓷基复合材料总有一个加工的问题，那么气相法是具有很好的可加工性能。为什么这么说呢？我们刚才前面说了它的这个机体呆在纤维的这个周围，这样的话就纤维即使被切断，它在这个纤维里面有很好的这个强度不容易拔出。那么它的所谓的凝结长度就会比较长，就是说你技术加工以后它纤维的长度仍然比它拔出的时候需要的这个具体…的长度还要长，因此的话气相法具有很好的可加工性。 同时它还具备很好，就是技术加工以后我们通过一些后续的修治的方法还是气相过程。比如说我们这张图里面显示的我们可以，完了以后对它的这个表面加上一些，或者是加上，或者再加上一个，对它进行气相的修复可以大幅度的提高它的性能。就是这种加工不但不会降低它的性能，我们还可以通过它的柔性和来提高它的这个性能。 另外一个就是一个，它可以具有很好的连接性能。这个连接性能无论是它自身还是与金属之间的连接，它这两个一定要有一个条件。就是说你这个机体一定要和纤维结合是牢固的，如果你不牢固，那么你连接的陶瓷，跟陶瓷机体连接它们相互之间很容易脱掉，这个强度就上不去了。

另外一个还需要有一个条件就是要有比较合适的孔隙，那么陶瓷基复合材料机体具备了这样一个特征，就是说它本身的机体的强度很高，同时又有合适的孔隙率像我们这个图上所显示的。那么它的这个连接层可以像树枝一样的生长连接的强度很高。 同时我们还可以说用CY的办法可以很方便的用同质的材料，也是陶瓷基复合材料或者说连接或者是铆接。那么这个技术，我觉得在我们这个实验室已经被广泛采用这个技术。那么这样一个技术，它的金属实际还是通过气相的办法。气相的办法通过连接铆接以后再进行后续的沉积以后，实际上就引用成为一个整体。 另外一个方法我们说它是可集成的。有了这个化合气相渗透制备陶瓷基复合材料两个优点，一个就是它的加工以后强度会下降，另外一个就是它可以及时连接，可连接、可铆接，这就使得我们可以把陶瓷基复合材料一个非常复杂的构件分解成为，把它分解分解成为各个的一些典型单位的结构件进行组装集成。这样的话不仅可以保证它的精度，而且可以降低它的成本。因为我们可以跟其中的某个有问题的部件随时进行通话。 另外一个的话，我们说它的适应性比较强。因为化合纤维的程序，尽管它的周期很长，但是它的过程相对比较简单，就比较好了，不需要像其他的制造过程倒来倒去的，那么这个发生质量问题的可能概率比较大。而且需要做贡献的尺寸、几何形状它的这个批量没有什么特殊的要求。因此我们说它既适合做研发，也适合做陶瓷基复合材料批量的这个生产。 我们还可以这样说它具有很好的包容性，比如说我们可以CY，我们公司之所以给它定位成一个比较基础的方法也就是说它可以和别的方法很好的结合。比如说它和CY结合，它和PIP结合。那么如果它结合实际就是利用了CY它充填这个小孔隙，用PIP或者是MI充填大孔隙这样各自的优势来既提高它的效率，同时也提高它的效能。 另外我们还可以说这个气相的办法自己是可以修复的，这个过程就是说我们可以不断的沉积，不断的拿出来通过检测发现哪里沉积的有沉积不到的地方或者是有密度差，我们可以随时再继续CY的这个过程。因为它沉积有一个点，如果说是沉积到了以后剩下的地方还会继续再沉积，所以它不会因为你这个沉积的过程而导致发生这样一个工艺本身导致发生质量问题。所以我们刚才说了这么多的气相的办法有很强的柔性，当然它有这么多优点就有缺点。它的缺点就是CY的过程是一个黑盒子，它是看不见的，所以我们希望要对它进行模拟和可视化。 那么这个建模就和它的这个模拟能够帮助我们能够看到这个黑盒子里面到底发生了怎么样的一个过程，理解它的这个问题。首先就是我们需要对它的工艺进行激化，当然这个CY的过程所有的物质都是特殊的，这些化学热学数据都没有了，我们就要对它进行计算。通过计算完了以后我们才能对它的工艺过程进行模拟，要计算优化。其实我们需要对它的过程进行控制，那么我们发现控制它的关键就是要对它的这个中间的产物进行控制，这些中间产物是干什么用的呢？就是作为中间产物相当于它能够降低化学反应这个构成的能量，也就是说化学反应如果一步到位的话如果它很难进行的话，那么有一个中间过程把它的能量逐步逐步降低，可以使这个化学反应过程很容易的进行。因此我们通过控制这个中间产物可以对这个进行控制。 另外就是这个过程的监控。我们刚才说了这个化合气相过程中黑盒子你看不见，但是它也有一个好处它有尾气产生，别的过程可能它有尾气产生。我们可以通过尾气产生，尾气过程里面的跟前面那些关键的一些中间产物的监测通过它来反推背后到底发生了什么过程？就是说我们人体检测通过我们的唾液通过我们身体监控程度是一样的，这个我们也做了一些工作。 另外就是微结构的重建。这个陶瓷基复合材料微结构的重建应该说是非常复杂的事，我们通过一个办法来对这个微结构法进行一个重构。这样计算它的等效的效能，无论是这个纤维数还是这个复合材料，当然首先是计算这个纤维数的等效的性能，然后进来制作这个复合材料的这个等效的效能。应该说这个方法还是比较有效的。 另外就是孔隙距的这个变化演化的过程，那么通过这个模拟发现这个陶瓷…就是说它垂直于这个纤维的化学的孔隙会很快的会封闭，而这个平行的这个纤维的孔隙它是要大大的晚于这个垂直于方向的孔隙封闭的时间。所以如果我们要提高这个复合材料制造的效率和提高它的密度的话是一定要从纤维编织和沉积的这个过程一定要有利于这个垂直的纤维的，这个方向的这个扩散。 另外就是这个密度的评价，我们通过这个…的话能够随时都可以判断构建在哪个过程能够产生沉积的密度低密度区，那么从设计相应的工装来改变它的流程使这个沉积的低密度消失，这个就是我们模拟。所以从这里面看得出我们这个模拟实际是包含了从原理一直到这个分子一直到这样一个过程的模拟。

另外就是我们怎么样子沉积过程的构建的排布，在这个沉积过程里面，因为它扭转的变化地方它沉积的情况是最好的。通过这样一个过程我们发现有这样一个沉积的规律，一直我们排布的时候要考虑到这个一个沉积的分布。最后涉及到它的控制和设计的问题，那么陶瓷基复合材料它的本质就是有一个界面层，一个界面层，通过这个界面层把陶瓷本身的热力集中把它分解到这个所有的项目上面去。但是界面层它带来一个问题就是说是它带来的非线性，或者我们简单的说就是陶瓷基它的热性是以牺牲它的线性为前提的。当然的话我们这个部分都非常关心它这个线性，所以我们认为看看这个线性的问题我们怎么来把握他其中的方法。 那么另外的话就是陶瓷基复合材料它有一个热膨胀的这个问题，热膨胀就会产生这个热应用，甚至会产生这个机体的这个。那么产生热应用的话我们实际上可以通过加载卸载的办法把它测出来，那么我们通常知道碳化硅它也是负的，那么还有碳化硅那么它基本上是零，那么这个碳化硅它基本是一个正的一个热应力。那么这个热应力对它这个强度的影响是很关键的，很大的。也就是说负的热液一定会降低它的强度，从我们的结构来讲它基本是一个加合的关系，也就是一个正应力会提高到它的强度的过程，那么这个就是根据它相对的承载的这个状态是有关系的。 但是就是这个热应力一定会导致一个应变，你比如说我们这么一个，有一个热应力，如果你不把它消除的话那么它将来在使用过程中产生一个产生的热应变，如果你要消除的话产生会有影响，就会改变你这个直径，通过我们的研究它的直径会变大。那么过程中需要我们产生一些热处理或者是疲劳的工艺来消除这个热应力。我们就会发现通过疲劳或者是热处理的办法消除这个热应力的时候，当然可以提高它的强韧性。那么这个也就是说通过这个提高或者热处理实际上消除它的应力，那么消除它的应力我刚才前面说的你这个负的应力变成了正的应力或者说零的应力，可以自然的提高它的强度。那么从这个图上我们可以看出来无论是热处理还是疲劳，都可以明显的提高它的这个强度，当然这个热处理，疲劳载荷条件和热处理的温度不能太高，太高就超过它的这个极限的应力就是可以产生比较大的损伤。 还有就是最后我们可以做出一个混杂的强硬化，通过气相办法，因为气相办法可以使这个沉积长度往下出来纳米的第二项。那么这样的话我们增强纳米的第二项，应该说我们化学气相沉积的强度可以大幅度提高了。 另外一个就是密度梯度，我们也可以利用它来对复合材料进行强化。我们这个复合材料如果太厚，如果密度上不去的时候我们对它进行开孔，那么这个开孔如果开的比较合适的话那么它的强度可以大幅度提高的。所以这个概念也颠覆了我们传统的观点，这个材料开口它的强度一定会下降，我们的结果还是有很大的提高这个里面实际上就是我们提高的它是一个的问题，就是说从复合材料一个很微观一直到宏观的一个宏观的一个考虑，如果你宏观上可能是这样，但是它可以微观很大的。所以这个也是一个非常好的一个材料多尺度设计和强化的一个很好的例子。 下面我简单介绍几个我们的陶瓷基过程，一个是制备陶瓷基过程，当然前面已经说过了。另外就是它的机体的合成，我们把一些超高温的化合物比如说沉积进去就可以获得一个超高温陶瓷。另外就是这个摩擦的陶瓷基过程，因为碳这个材料它是靠这个分子间的力来摩擦的。那么碳化硅的摩擦是靠机械，那么这两个它有优缺点，如果我们把它按照一定的比例来混合的话可能具有更好的这个的性能。另外一个方面就是结构分离一体，那么如果我们沉积的这个机体来控制它的这个电导率和它的这个常数可以使得我们这个陶瓷基复合材料具有一个这个功能。 我来介绍的内容我们就简单的总结就是这样，就是我们国家现在这个陶瓷基复合材料进展通过了考核实验，这个过程是一个艰苦的过程，我们可以通过一些模拟的可视化进行监控像超高温、摩擦，还有这个结构功能一体化的陶瓷基复合材料现在我们也都在发展过程当中。好，谢谢大家！