復(fù)合材料 第八章 陶瓷基復(fù)合材料-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 為由于 SiCw含量高時(shí) 造成熱失配過大 ，同時(shí) 使致密化困難 而 引起密度下降 ，從而使 界面強(qiáng)度降低 ， 導(dǎo)致了復(fù)合材料強(qiáng)度的下降 。 58 為了克服這一弱點(diǎn)，可采用 顆粒來(lái) 代替晶須 制成復(fù)合材料，這種復(fù)合材料在 原料的混合均勻化 及 燒結(jié)致密化方面 均比晶 須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料要容易。 斷裂強(qiáng)度?f (MPa) SiCp含量 (vol%) 從中可以看出，在 5％ SiCp時(shí) 強(qiáng)度出現(xiàn)峰值。 晶須 的 增強(qiáng)增韌效果好 ，但 含量高時(shí)會(huì)使致密度下降 ； 顆粒 可克服晶須的這一弱點(diǎn)，但其 增強(qiáng)增韌效果卻不如晶須 。 65 維氏硬度HV(GPa) 彈性模量E(GPa) SiCw含量 (vol%) (a) 彈性模量E(GPa) 維氏硬度HV(GPa) ZrO2含量 (vol%) (b) SiCw與 ZrO2復(fù)合增韌 Al2O3的硬度與彈性模量 Al2O3+20mol%ZrO2(Y2O3)+SiCw 66 Al2O3+20mol%ZrO2(Y2O3)+SiCw 彎曲強(qiáng)度?f (MPa) SiCw含量 (vol%) 斷裂韌性KIC (1/2) SiCw含量 (vol%) SiCw與 ZrO2復(fù)合增韌 Al2O3的強(qiáng)度與斷裂韌性 67 SiCw與 ZrO2復(fù)合增韌 Al2O3的強(qiáng)度與斷裂韌性 Al2O3+20mol%SiCw+ZrO2(Y2O3) ZrO2含量 (vol%) 彎曲強(qiáng)度?f (MPa) ZrO2含量 (vol%) 斷裂韌性KIC (MP1/2) 68 可以看出，隨著 SiCw及 ZrO2(Y2O3)含量的增加 ，其 強(qiáng)度 與 韌性 均呈上升趨勢(shì) ，在 20％ SiCw及 30％ ZrO2(Y2O3)時(shí) ，復(fù)合材抖的 ?f達(dá) 1200MPa。 材料 ?f (Mpa) KIC () 莫來(lái)石 244 莫來(lái)石 + SiCw 452 莫來(lái)石 + ZrO2+SiCw 551~580 ~ Si3N4+SiCw 1000 11~12 很明顯，由 ZrO2+SiCw與莫來(lái)石制得的復(fù)合材料要比單獨(dú)用 SiCw與莫來(lái)石 制得的復(fù)合材料的性能好得多。 75 實(shí)際上，高溫下 原子的活性增大 ，原子的擴(kuò)散速度較室溫大的多，由于 增強(qiáng)體與陶瓷基體的原子擴(kuò)散 ，在界面上更易 形成固溶體和化合物 。 對(duì)于陶瓷基復(fù)合材料的 界面 來(lái)說(shuō)，一方面應(yīng)強(qiáng)到 足以傳遞軸向載荷， 并具有 高的橫向強(qiáng)度 ； 78 另一方面，陶瓷基復(fù)合材料的 界面 要弱到 足以沿界面發(fā)生橫向裂紋 及 裂紋偏轉(zhuǎn)直到纖維的拔出 。 81 若 界面結(jié)合較弱 ， 當(dāng)基體中的裂紋擴(kuò)展至纖維時(shí) ，將導(dǎo)致 界面脫粘 ，其后 裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn) 、裂紋搭橋 、 纖維斷裂 以致最后 纖維拔出 (圖 b)。 85 C和 BN是最常用的涂層，此外還有SiC、 ZrO2和 SnO2涂層。 88 莫來(lái)石纖維上未涂 BN涂層 莫來(lái)石纖維上涂有 BN涂層 從圖中可看出，若纖維 未涂 BN涂層，則復(fù)合材料的斷面呈現(xiàn)為 脆性的平面斷裂 ：而經(jīng) CVD沉積 BN涂層 后，斷面上可見到大量的 纖維拔出 。 91 研究結(jié)果表明， 晶須的拔出長(zhǎng)度存在一個(gè) 臨界值 lpo， 當(dāng) 晶須的某一端距主裂紋距離 小于這一臨界值 時(shí)，則晶須從此端拔出 ，此時(shí)的 拔出長(zhǎng)度小于臨界拔出長(zhǎng)度 lpo ； 92 如果 晶須的兩端到主裂紋的距離均 大于臨界拔出長(zhǎng)度 時(shí)， 晶須在拔出過程中產(chǎn)生斷裂 ， 斷裂長(zhǎng)度仍小于臨界拔出長(zhǎng)度 lpo ； 93 界面結(jié)合強(qiáng)度 直接影響了復(fù)合材料的 韌化機(jī)制 與 韌化效果 。 95 下圖為 SiCw/ ZrO2材料的 載荷 位移 曲線。 陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用。 目前采用的 纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的成型主法 主要有以下幾種： 101 1．泥漿燒鑄法 這種方法是 在陶瓷泥漿中 分散纖維 。 102 2．熱壓燒結(jié)法 將 特長(zhǎng)纖維 切短 (3mm)， 然后 分散 并與基體粉末 混合 ，再用 熱壓燒結(jié)的方法 即可制得高性能的復(fù)合材料。首先 把纖維 編織 成所需形狀 ，然后 用陶瓷泥漿 浸漬 ， 干燥后進(jìn)行 焙燒 。 107 這種復(fù)合材料的制備工藝 比長(zhǎng)纖維復(fù)合材料 簡(jiǎn)便 得多，只需將 晶須或顆粒 分散后 并與基體粉末 混合均勻 ，再用 熱壓燒結(jié)的方法即可制得 高性能的復(fù)臺(tái)材料 。 為了得到這樣品質(zhì)的材料，必須首先嚴(yán)格挑選原料 。 113 原料混合時(shí)的裝置一般為專用 球磨機(jī) 。通常有 金屬模成型法 和 橡皮模成型法 。 116 采用 橡皮模成型法 是 用靜水壓 從各個(gè)方向 均勻加壓 于橡皮模來(lái)成型，故不會(huì)發(fā)生 生坯密度不均勻 和 具有方向性 之類的問題。 從成型過程上 看， 與塑料的注射成型過程相類似 ，但是 在陶瓷中 必須 從生坯里將粘合劑除去并 再燒結(jié) ，這些 工藝均較為復(fù)雜 ，因此也使這種方法具有很大的局限性。這種方法可成型 壁薄 且 形狀復(fù)雜 的制品。 為了燒結(jié)，必需有 專門的窯爐 。 123 連續(xù)窯爐 適合于 大批量制品的燒結(jié) ，由 預(yù)熱 、 燒結(jié) 和 冷卻 三個(gè)部分組成。 126 金剛石砂輪 依 埋在金剛石磨粒之間的結(jié)合劑的種類不同 有著其各自的特征。 樹脂結(jié)合劑砂輪 則由于其 強(qiáng)度低 ，耐熱性差 ，適合于 表面的精加工 。 130 陶瓷制品一旦 燒結(jié)結(jié)束 ， 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量有問題時(shí) 則為時(shí)已晚。 在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下 能夠穩(wěn)定重復(fù)制造的材料， 在擴(kuò)大的生產(chǎn)規(guī)模下 常常難于重現(xiàn)。 現(xiàn)今的 先進(jìn)陶瓷制備技術(shù) 可以做到 成批地生產(chǎn)出性能很好的產(chǎn)品 ，但卻 不容易保證所有制品的品質(zhì)一致 。 它的 最高使用溫度 主要取決于 基體特性 ，其工作溫度按下列基體材料依次提高： 玻璃 、玻璃陶瓷 、 氧化物陶瓷 、 非氧化物陶瓷 、 碳素材料 ，其最高工作溫度可達(dá) 1900 ℃ 。 138 SiCw/ Al2O3復(fù)合材料鉆頭 139 由美國(guó)格林利夫公司研制、一家生產(chǎn)切削工具和陶瓷材料的廠家和美國(guó)大西洋富田化工公司合作生產(chǎn)的 WC300復(fù)合材料刀具具有 耐高溫、穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高和優(yōu)異的抗熱展性能 ，熔點(diǎn)為 2040℃ ，切削速度可達(dá) 200尺 /分，甚至更高。除SiCw/Al2O3外， SiCf/Al2O3 、 TiO2p/ Al2O3復(fù)合材料也用于制造機(jī)加工刀具。 146 熱機(jī)的循環(huán)壓力和循環(huán)氣體的溫度越高，其熱效率也就越高。這個(gè) 取代現(xiàn)用耐熱合金的應(yīng)用技術(shù) 是難度最高的陶瓷應(yīng)用技術(shù)，也可以說(shuō)是這方面的最終目標(biāo)。 另一方面， 陶瓷的制備過程 是一個(gè)十分復(fù)雜的工藝過程，其品質(zhì)影響因
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1