【正文】 是有機硅（聚碳硅烷等）。 ?此外。由于溫度梯度和壓力梯度的存在，避免了沉積物將空隙過早的封閉，提高了沉積速率（圖 109）。降低氣體的壓力和沉積溫度有利于提高浸漬深度。 ? 其缺點是生長周期長、效率低、成本高、材料的致密度低等。 圖 107 溶膠 – 凝膠法制備 纖維陶瓷基復合材料示意圖 化學氣相浸漬（ CVI）法 ? 用 CVI法可制備硅化物、碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等陶瓷基復合材料。 Sol – Gel法制備 SiO2陶瓷原理如下： Si(OR)4 + 4H2O ? Si(OH)4+ 4ROH Si(OH)4 ? SiO2 + 2H2O 使用這種方法，可將各種增強劑加入 基體溶膠中攪拌均勻，當基體溶膠形成凝 膠后，這些增強組元穩(wěn)定、均勻分布在基 體中，經(jīng)過干燥或一定溫度熱處理，然后 壓制燒結(jié)形成相應的復合材料。 ? 由于在氧化產(chǎn)物中的空隙管道的液吸作用 ，熔化金屬會連續(xù)不斷地供給到生長前沿。施加壓力或抽真空將有利于浸漬過程。 圖 10 – 2 漿體法制備 陶瓷基復合材料示意圖 反應燒結(jié)法（圖 103） ? 用此方法制備陶瓷基復合材料，除基體材料幾乎無收縮外，還具有以下優(yōu)點： ? 增強劑的體積比可以相當大； ? 可用多種連續(xù)纖維預制體； ? 大多數(shù)陶瓷基復合材料的反應燒結(jié)溫度低于陶瓷的燒結(jié)溫度，因此可避免纖維的損傷。彌散的漿體可直接澆鑄成型或熱（冷）壓后燒結(jié)成型。 其混合體為漿體形式。 纖維 陶瓷基復合材料在斷裂前吸收了大量的斷裂能量，使韌性得以大幅度提高。陶瓷基復合材料 沈衛(wèi)平 一、陶瓷基復合材料概述 ? 特種陶瓷具有優(yōu)秀的力學性能、耐磨性好、硬度高及耐腐蝕性好等特點，但其脆性大，耐熱震性能差，而且陶瓷材料對裂紋、氣孔和夾雜等細微的缺陷很敏感。 圖 10 – 1 陶瓷基復合材料的力 – 位移曲線 表 10–1 不同金屬、陶瓷基體和陶瓷基復合材料的斷裂韌性比較 材 料 整體陶瓷 顆 粒 增 韌 相 變 增 韌 AlB2BOB3B SiC AlB2BOB3B/TiC SiB3BNB4B/TiC ZrOB2B/MgO ZrOB2B/YB2BOB3B ZrOB2B/ AlB2BO3B 斷裂韌性 MPa/mP1/2P ~ ~ ~ 4. 5 9~12 6 ~ 9 ~15 裂紋尺寸 大小 , ?m ~36 41~74 36~41 41 165~ 292 74~165 86~459 表 10–1 不同金屬、陶瓷基體和陶瓷基復合材料的斷裂韌性比較 材 料 晶須增韌 纖 維 增 韌 SiC/Al2O3 SiC/硼硅玻璃 SiC/鋰鋁硅玻璃 鋁 鋼 斷裂韌性 MPa/mP1/2P 8 ~10 15~25 15~25 33~44 44~66 裂紋尺寸 大小 , ?m 131~204 二、陶瓷基復合材料的制備工藝 ? 粉末冶金法 ? 原料（陶瓷粉末、增強劑、粘結(jié)劑和助燒劑） ? 均勻混合（球磨、超聲等） ? 冷壓成形 ? （熱壓）燒結(jié)?；旌象w中各組元保持散凝狀，即在漿體中呈彌散分布。適用于顆粒、晶須和短纖維增韌陶瓷基復合材料（圖 102）。 ? 此方法最大的缺點是高氣孔率難以避免。假如預制體 中的孔隙呈一束束有規(guī)則間隔的平行通道，則可用 Poisseuiue方程計算出浸漬高度 h： h = ? （ ? r t cos ?） / 2? ? 式中 r 是圓柱型孔隙管道半徑；t 是時間； ? 是浸漬劑的表面能； ? 是接觸角； ? 是粘度。 Al + 空氣 ? Al2O3 Al + 氮氣 ? AlN 圖 105 直接氧化法制備陶瓷基復合材料示意圖 溶膠 – 凝膠（ Sol – Gel）法（圖 10 6） 溶膠（ Sol）是由于化學反應沉積而產(chǎn)生的微小顆粒（直徑 ?100nm）的懸浮液；凝膠（ Gel ）是水分減少的溶膠，即比溶膠粘度大的膠體。 圖 10 6 溶膠 – 凝膠法制備陶瓷基復合材料示意圖 溶膠 – 凝膠（ Sol – Gel）法 ?溶膠 –凝膠法也可以采用漿體浸漬法制備增強相預制體（圖 107）。由于制備溫度比較低，不需外加壓力。 圖 10 8 ICVI法制備纖維陶瓷基復合材料示意圖 1） ICVI法： ?又稱靜態(tài)法。 2） FCVI法 ? 在纖維預制件內(nèi)施加一個溫度梯度，同時還施加一個反向的氣體壓力梯度，迫使反應氣體強行通過預制件。 圖 109 FCVI法制備纖維陶瓷基復合材料示意圖 2） FCVI法 ? FCVI的傳質(zhì)過程是通過對流來實現(xiàn)。在 FCVI過程中，基體沉積是在一個溫度范圍內(nèi)，必然會導致基體中不同晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)共存，從而產(chǎn)生內(nèi)應力并影響材料的熱穩(wěn)定性。 ? 制備增強劑預制體 ?浸漬聚合物先驅(qū)體 ?熱解 ? 再浸漬 ?再熱解 …… ? 陶瓷粉 +聚合物先驅(qū)體 ?均勻混合 ?模壓成型 ?熱解 其它方法 ? 2）原位復合法 ?利用化學反應生成增強組元 —晶須或高長徑比晶體來增強陶瓷基體的工藝稱為原位復合法。 ? 若增強體與基體在高溫時不發(fā)生反應，那么在冷卻下來時，陶瓷的收縮大于增強體，由此產(chǎn)生的徑向壓應力 ?與界面剪切應力 ??有關(guān)： ? = ? ?? ， ?為摩擦系數(shù)，一般取 ~。這是由于纖維的彈性模量不是大大高于基體，因此在斷裂過程中，強界面結(jié)合不產(chǎn)生額外的能量消耗。 ?實際當中除選擇增強劑和基體在制備和材料服役期間能形成熱動力學穩(wěn)定的界面外，就是纖維表面涂層處理。其中里面的涂層以達到鍵接及滑移的要求，而外部涂層在較高溫度下防止纖維機械性能降解。 ? 第二：如果纖維較強，界面結(jié)合較弱，基體裂紋沿著纖維擴展。纖維含量增加，阻止裂紋擴展的勢壘增加，斷裂韌性增加。 ? 但當纖維含量超過一定量時，纖維局部分布不均，氣孔率增加，導致材料力學性能偏離混合定律的線性關(guān)系。 圖 1014 微晶玻璃基體的熱膨脹系數(shù)對復合材料性能的影響 密度： ?彎曲強度和斷裂韌性都隨復合材料的密度增加而增加。 圖 1016 不同界面狀況復合材料的應力 位移曲線 顆粒含量和粒徑： 圖 1017 SiCP含量對 SiCP /AlN性能的影響 圖 1018 SiCP粒徑對SiCP/AlN性能的影響 顆粒含量對材料彎曲強度及斷裂韌性提高效果不是太大，但粒徑的影響卻較大（圖101 1018）。室溫下，復合材料的抗彎強度比基體材料高約 10倍，彈性模量提高約 2倍。隨溫度升高，基體陶瓷的斷裂韌性呈下降趨勢，而復合材料的 KIC卻保持不變；在大于 1000℃ 之后，KIC呈上升趨勢。 1）強度 ?連續(xù) SiCF/LAS3復合材料在大氣中和在氮氣環(huán)境中高溫加載時表現(xiàn)出不同的抗彎強度。 2）蠕變 ? 陶瓷材料的穩(wěn)態(tài)蠕變速率可表示為： ε= Aσnexp（ ΔQ/RT） —Norton公式 式中： ε—蠕變應力指數(shù)； σ—施加的應力（蠕變應力）； n—蠕變應力指數(shù)； A—常數(shù)； ΔQ—蠕變激活能； R—氣體常數(shù)； T—絕對溫度。 圖 1023 SiC顆粒 /ZTP陶瓷的高溫蠕變性能 2）蠕變 ?連續(xù) SiCF / MAS復合材料在不同應力與溫度下的蠕變曲線如圖 1022所示?？梢钥闯觯?1100℃ 時 50MPa的應力下， ZTA的蠕變速率明顯高于 ZTA/ SiCP復合材料的蠕變速率。陶瓷基復合材料改善了材料的抗熱震性。其中化學相容性是復合的前提。當顆粒處于拉應力狀態(tài)，而基體徑向處于拉伸狀態(tài)、切向處于壓縮狀態(tài)時，可能產(chǎn)生具有收斂性的環(huán)向微裂（圖 1024a）；當顆粒處于壓應力狀態(tài)，而基體徑向受壓應力，切向處于拉應力狀態(tài)，可能產(chǎn)生具有發(fā)散性的徑向微裂（圖 1024b）。此時如果外力不再增加，則裂紋就在此釘扎，這就是裂紋釘扎增韌機理的本質(zhì)。 裂紋橋聯(lián)是一種裂紋尾部效應。 圖 1026 裂紋偏轉(zhuǎn)機理 （ 2）延性顆粒增韌 ?在脆性陶瓷基體中加入第二相延性顆粒能明顯提高材料的斷裂韌性。 （ 3）納米顆粒增強增韌 ? 將納米顆粒加入到陶瓷中時，材料的強度和韌性大大改善