陶瓷基復(fù)合材料(1)(編輯修改稿)
2025-05-29 06:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖 10 –3 反應(yīng)燒結(jié)法制備 SiC/Si3N4基復(fù)合材料工藝流程液態(tài)浸漬法（圖 10 4）n 用此方法制備陶瓷基復(fù)合材料，化學(xué)反應(yīng)、熔體粘度、熔體對增強材料的浸潤性是首要考慮的問題，這些因素直接影響著材料的性能。n 陶瓷熔體可通過毛細作用滲入增強劑預(yù)制體的孔隙 。施加壓力或抽真空將有利于浸漬過程。圖 104 液態(tài)浸漬法制備陶瓷基復(fù)合材料示意圖 直接氧化法n 按部件形狀制備增強體預(yù)制體，將隔板放在其表面上以阻止基體材料的生長。n 熔化的金屬在氧氣的作用下發(fā)生直接氧化反應(yīng)形成所需的反應(yīng)產(chǎn)物。n 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。Al + 空氣 ? Al2O3Al + 氮氣 ? AlN 圖 105 直接氧化法制備陶瓷基復(fù)合材料示意圖 溶膠 – 凝膠（ Sol – Gel）法溶膠（ Sol）是由于化學(xué)反應(yīng)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。 Sol – Gel法 是指金屬有機或無機化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠等過程而固化，再經(jīng)熱處理生成氧化物或其它化合物固體的方法。該方法可控制材料的微觀結(jié)構(gòu)，使均勻性達到微米、納米甚至分子量級水平。 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圖 10 6 溶膠 – 凝膠法制備陶瓷基復(fù)合材料示意圖 溶膠 – 凝膠（ Sol – Gel）法n 溶膠 –凝膠法也可以采用漿體浸漬法制備增強相預(yù)制體。n 溶膠 – 凝膠法的優(yōu)點是基體成分容易控制，復(fù)合材料的均勻性好，加工溫度較低。n 其缺點是所制的復(fù)合材料收縮率大，導(dǎo)致基體經(jīng)常發(fā)生開裂。圖 107 溶膠 – 凝膠法制備纖維陶瓷基復(fù)合材料示意圖化學(xué)氣相浸漬（ CVI）法 n 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(fù)合材料。由于制備溫度比較低，不需外加壓力。因此材料內(nèi)部殘余應(yīng)力小，纖維幾乎不受損傷。n 如可在 800~1200?C制備 SiC陶瓷。n 其缺點是生長周期長、效率低、成本高、材料的致密度低等。 圖 10 8 ICVI法制備纖維陶瓷基復(fù)合材料示意圖三、陶瓷基復(fù)合材料的界面和界面設(shè)計 n 界面的粘結(jié)形式 （ 1）機械結(jié)合（ 2）化學(xué)結(jié)合n 陶瓷基復(fù)合材料往往在高溫下制備，由于增強體與基體的原子擴散，在界面上更易形成固溶體和化合物。此時其界面是具有一定厚度的反應(yīng)區(qū)，它與基體和增強體都能較好的結(jié)合，但通常是脆性的。n 若增強體與基體在高溫時不發(fā)生反應(yīng)，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(yīng)力 ?與界面剪切應(yīng)力 ??有關(guān)： ? = ? ?? ， ?為摩擦系數(shù)，一般取 ~。 界面的作用n 陶瓷基復(fù)合材料的界面一方面應(yīng) 強 到足以傳遞軸向載荷并具有高的橫向強度；另一方面要 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。因此，陶瓷基復(fù)合材料界面要有一個最佳的界面強度。n 強 的界面粘結(jié)往往導(dǎo)致脆性破壞，裂紋在復(fù)合材料的任一部位形成并迅速擴展至復(fù)合材料的橫截面，導(dǎo)致平面斷裂。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。圖 10 10 陶瓷基復(fù)合材料界面示意圖 界面的作用n 若界面結(jié)合較 弱 ，當(dāng)基體中的裂紋擴展至纖維時，將導(dǎo)致界面脫粘，發(fā)生裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋搭橋、纖維斷裂以至于最后纖維拔出。所有這些過程都要吸收能量，從而提高復(fù)合材料的斷裂韌性（圖 1010）。 圖 10 10 陶瓷基復(fù)合材料界面示意圖 界面性能的改善 n 為了獲得最佳界面結(jié)合強度，希望避免界面化學(xué)反應(yīng)或盡量降低界面的化學(xué)反應(yīng)程度和范圍。n 實際當(dāng)中除選擇增強劑和基體在制備和材料服役期
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