【正文】 。 tm轉(zhuǎn)變具有馬氏體的特征，伴隨有 35%的體積膨脹。當(dāng)從制備溫度冷卻下來時，通過控制晶粒尺寸，可以制備出全部為四方相 (t) ZrO2組成的氧化鋯多晶陶瓷（ YTZP）。 （ 4）相變增韌 圖 1027相變增韌示意圖 圖 1028 ZTA中應(yīng)力誘變韌化導(dǎo)致性能隨 ZrO2體積含量的變化 纖維、晶須增韌 （ 1）裂紋彎曲（ Crackbowing）和偏轉(zhuǎn) 圖 1029 裂紋彎曲韌化機(jī)理 在擴(kuò)展裂紋尖端應(yīng)力場中的增強(qiáng)體會導(dǎo)致裂紋發(fā)生彎曲（圖 1029），從而干擾應(yīng)力場，導(dǎo)致基體的應(yīng)力強(qiáng)度降低，起到阻礙裂紋擴(kuò)展的作用。裂紋偏轉(zhuǎn)可繞著增強(qiáng)體傾斜發(fā)生偏轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)（圖 1030a、 b）。如在顆粒增強(qiáng)中由于增強(qiáng)體和基體之間的彈性模量或熱膨脹系數(shù)的不同產(chǎn)生殘余應(yīng)力場，則會引起裂紋偏轉(zhuǎn)。盡管單位面積的表面能很小，但所有脫粘纖維總的表面能則很大。纖維首先脫粘才能拔出。 當(dāng)纖維發(fā)生斷裂，此時纖維的最大長度為 l c / 2 ，拔出每根纖維所做的最大功為： Q p= ? d l c2? / 8 = ? d2? fu l c / 16， ?Qp/ Qp=3 Ef / ?fu。這時緊靠裂紋尖端處的纖維并未斷裂，而是在裂紋兩岸搭起小橋（圖1033），使兩岸連在一起。 圖 1033 纖維搭橋 （ 4）纖維橋接（ Fiber Bridge） ?橋接機(jī)制適用于可阻止裂紋尖端、裂紋表面相對運動的任何顯微結(jié)構(gòu)特征（顆粒、晶須等）。 ?將這種新材料置于 1700℃ 有 氧 環(huán)境下，放置 1000℃進(jìn)行 耐氧 試驗，結(jié)果是其重量、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度均保持不變。 表 11 – 1 典型三維正交增強(qiáng) C/C 復(fù)合材料性能 碳 /碳復(fù)合材料概述 ?如表 1所示， C/C具有許多優(yōu)異的性能。碳纖維的類型、基體的預(yù)固化以及后步工序的類型等決定了界面的結(jié)合強(qiáng)度。 碳 /碳復(fù)合材料概述 ?碳 /碳復(fù)合材料具有碳元素所特有的耐燒蝕、抗熱震、高導(dǎo)熱率和低膨脹系數(shù)等性能。石墨因其層狀結(jié)構(gòu)而具有固體潤滑能力，可降低摩擦副的摩擦系數(shù)。 碳 /碳復(fù)合材料的預(yù)成型體可分為單向、二維和三維，甚至可以是多維方式（圖 11 – 3），大多采用編織方法制備。 1 – 2 基體碳 典型的基體碳有熱解碳（ CVD碳）和浸漬碳化碳。 2）樹脂或瀝青碳： 碳纖維預(yù)制成型體經(jīng)過浸漬樹脂或瀝青等浸漬劑后，經(jīng)預(yù)固化，再經(jīng)碳化后獲得的基體碳。 （ 4）碳化后收縮不會破壞預(yù)制成型體的結(jié)構(gòu)和形狀。 （ 3）中間相又畸變變形，聚結(jié)并固化成層狀排列的分子結(jié)構(gòu)。一般低溫低壓下受反應(yīng)動力學(xué)控制；而在高溫高壓下則是擴(kuò)散為主。 圖 11– 4 擴(kuò)散與沉積速度對空隙封閉影響 2） CVD（ CVI）工藝 ? 控制好 CVD（ CVI）過程沉積和擴(kuò)散達(dá)到合理平衡是保證碳 /碳復(fù)合材料密度和性能的關(guān)鍵。這樣沉積速率將非常緩慢。 2） – 2 壓力梯度工藝 利用反應(yīng)氣體通過預(yù)先臺預(yù)成型體時牽制牽制強(qiáng)制流動，對流動氣體產(chǎn)生阻力而形成壓力梯度。并局限于單件構(gòu)件的生產(chǎn)。 2） – 4 其它工藝 ?（ 1）熱梯度 強(qiáng)制氣流法：此技術(shù)是同時采用溫度梯度和壓力梯度工藝，可使制備時間從幾周縮短到小于 24小時。 2） – 4 其它工藝 ?（ 3）微波加速：微波加熱是把能量直接作用到預(yù)制體上。反向熱梯度可減少外表面空隙過早地被封閉。其原理是在冷壁爐內(nèi)，預(yù)制體直接通電被加熱，在預(yù)制體的每根纖維周圍都產(chǎn)生了微弱電磁場，樣品被整體加熱。 3）液態(tài)浸漬 — 碳化工藝 ? 3） – 1 樹脂的浸漬 – 碳化工藝 酚醛樹脂是一種碳 /碳復(fù)合材料基體理想的浸漬劑。隨著碳化時壓力的增加，瀝青的碳化率有明顯的提高。 三、碳 /碳復(fù)合材料的界面 碳 /碳復(fù)合材料的界面和結(jié)構(gòu) 碳 /碳復(fù)合材料中存在的不同纖維 /基體的界面和基體之間的界面取決于基體碳的類型。因此，碳纖維沉積 CVD碳后再浸漬瀝青碳化后的界面層結(jié)構(gòu)為： 碳纖維 ?界面區(qū) ?釘扎結(jié)構(gòu)區(qū) ? CVD碳 ?界面區(qū)?誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)區(qū) ?瀝青碳 碳纖維 ?界面區(qū) ?釘扎結(jié)構(gòu)區(qū) ? CVD碳 ?界面區(qū) ?誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)區(qū) ?瀝青碳 圖 11–9 碳纖維 CVD碳 瀝青碳界面結(jié)構(gòu)示意圖 圖 11 – 10 碳纖維 瀝青碳界面結(jié)構(gòu)示意圖 碳 /碳復(fù)合材料的界面和結(jié)構(gòu) ?當(dāng)碳纖維直接浸漬瀝青，碳化后所形成的C/C復(fù)合材料中瀝青碳顯微結(jié)構(gòu)的條帶走向基本上平行于碳纖維的軸向。 CVD碳三種不同的顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)的產(chǎn)生與沉積碳時的工藝參數(shù)如溫度、壓力和反應(yīng)氣體流量，以及更重要的反應(yīng)氣體的種類有關(guān)。 CVD碳的顯微組織影響 C/C復(fù)合材料的性能。當(dāng)樹脂碳化后，主要形成玻璃態(tài)各向同性碳；但當(dāng)樹脂碳進(jìn)行高溫石墨化熱處理后，各向同性碳可轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋缘氖螒B(tài)。 圖 11 – 12 瀝青碳中石墨層片條帶結(jié)構(gòu)示意圖 2 – 2 瀝青碳與樹脂碳的顯微結(jié)構(gòu) ? 瀝青碳的片層結(jié)構(gòu)的不同會對復(fù)合材料的力學(xué)、熱物理和氧化燒蝕性能產(chǎn)生明顯的影響?？紫秾?qiáng)度的影響可用下式表示： ?c = ?0 e B ? 其中 ?0 為無孔隙時復(fù)合材料的強(qiáng)度； B為常數(shù)； ? 為孔隙率。 ?一是在碳 /碳復(fù)合材料 表面 進(jìn)行耐高溫材料的涂層 ； ?二是在基體中預(yù)先包含 氧化抑制劑 。在高溫下是否具有可靠的抗氧化性能對碳 /碳復(fù)合材料是至關(guān)重要的。 2 – 3 碳 /碳復(fù)合材料的裂紋和孔隙 在碳 /碳復(fù)合材料中有相當(dāng)體積是由裂紋和孔隙所占有。瀝青中間相轉(zhuǎn)化時形成層片結(jié)構(gòu)。因此，所期望較好的CVD碳的顯微結(jié)構(gòu)為粗糙層片組織結(jié)構(gòu)。 2 – 1 CVD碳顯微組織 在形成沉積碳時，其顯微組織結(jié)構(gòu)的形態(tài)取決于以下情況： （ 1）當(dāng)沉積溫度較低，甲烷分壓高時，并且 C2H2 與 C6H6的比例小于 5時，不通入氫氣容易得到平滑層片組織結(jié)構(gòu)的沉積碳； （ 2）當(dāng)沉積溫度適中，甲烷分壓適中，稍許通入氫氣，并且 C2H2與 C6H6的比例大于 5，小于 20時，容易得到粗糙層片組織的沉積碳； （ 3）當(dāng)沉積溫度較高，甲烷分壓較低時，大量通入氫氣，并且 C2H2與 C6H6的比例大于 20時，容易得到各向同性 CVD碳組織。樹脂熱解碳化得到各向同性玻璃態(tài)樹脂碳；而瀝青則由瀝青經(jīng)過脫氫、縮合，獲得瀝青中間相，再經(jīng)石墨化熱處理獲得高位向排列的各向異性石墨；以及通過碳?xì)浠衔锪呀舛纬?CVD沉積碳。 基體碳與碳纖維的結(jié)合界面上有四種可能的取向（圖 11 – 8） 圖 11 – 8 基體碳與碳纖維的界面結(jié)合形式 碳 /碳復(fù)合材料的界面和結(jié)構(gòu) 當(dāng) CVD碳作為基體碳與碳纖維之間的界面相時，纖維表面的空洞和缺陷得以填充，生成所謂“釘扎”結(jié)構(gòu)。在實際 PIC工藝中往往采用熱等靜壓浸漬 – 碳化工藝（ HIPIC）。 圖 11–7 樹脂浸漬、固化、碳化體積收縮示意圖 3） –2 瀝青浸漬 – 碳化工藝 一般在預(yù)成型體浸漬瀝青之前可先進(jìn)行 CVD處理 , 以在碳纖維表面獲得 CVD碳，也可先得到低密度樹脂碳的復(fù)合材料坯料之后再采用真空浸漬瀝青方式（混合浸漬 – 碳化）進(jìn)行。 酚醛樹脂 ? 制備溶液 ? （真空）浸漬預(yù)成型體 ?預(yù)固化 ?碳化（樹脂體積收縮） ?再浸漬 ?固化 ? 碳化 ? 特別是在脫氫 /聚合反應(yīng)中形成的自由基有順磁性，容易被帶電纖維所吸引，能快速地進(jìn)行表面動力學(xué)反應(yīng)，使沉積速率明顯加快。采用微波加速工藝不受預(yù)制體幾何形狀上的限制，工藝時間相當(dāng)短。這樣，冷的反應(yīng)氣體在沉積反應(yīng)發(fā)生之前就滲透到熱區(qū)。這樣反應(yīng)氣體就能深入到預(yù)制體空隙中，經(jīng)反應(yīng)后副產(chǎn)品由泵排除，新鮮反應(yīng)氣體容易浸滲進(jìn)去。由于內(nèi)外兩側(cè)的擴(kuò)散與沉積速度不同，內(nèi)側(cè)溫度高于外側(cè)，避免了外側(cè)表面的結(jié)殼。由于壓力梯度工藝中碳的沉積速率與通過預(yù)成型體的壓力降成正比，所以使用該工藝提高了沉積速度。如此循環(huán)，整個工藝需要長達(dá)數(shù)百上千小時的時間。 圖 11 – 5 反應(yīng)溫度、壓力及氣體流量對沿空隙沉積速度的影響 根據(jù)溫度和壓力因素的控制，可分為等溫、壓力梯度和溫度梯度工藝等三種基本工藝方法（圖 11 – 6）： 圖 11 – 6 碳碳復(fù)合材料的 CVD（ CVI）工藝示意圖 2） – 1 等溫工藝