陶瓷基復合材料(1)-wenkub.com
2025-04-29 06:27 本頁面
【正文】 隨著裂紋的擴展，裂紋生長的阻力增加，直到在裂紋尖端形成一定數(shù)量的纖維搭橋區(qū)。纖維拔出需外力做功，因此起到增韌作用（圖 1032）。（ 2）脫粘（ Debonding）復合材料在纖維脫粘后產(chǎn)生了新的表面，因此需要能量。裂紋偏轉(zhuǎn)主要是由于增強體與裂紋之間的相互作用而產(chǎn)生。 （ 4）相變增韌圖 1027相變增韌示意圖 圖 1028 ZTA中應力誘變韌化導致性能隨 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 裂紋彎曲韌化機理 在擴展裂紋尖端應力場中的增強體會導致裂紋發(fā)生彎曲，從而干擾應力場，導致基體的應力強度降低，起到阻礙裂紋擴展的作用。當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）。 tm轉(zhuǎn)變具有馬氏體的特征，伴隨有 35%的體積膨脹。 （ 3）納米顆粒增強增韌 n 將納米顆粒加入到陶瓷中時，材料的強度和韌性大大改善。 圖 1026 裂紋偏轉(zhuǎn)機理 （ 2）延性顆粒增韌 n 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。 裂紋橋聯(lián)是一種裂紋尾部效應。其中化學相容性是復合的前提。陶瓷基復合材料改善了材料的抗熱震性。SiCW的加入增加了韌性及斷裂功被歸功于裂紋橋聯(lián)和纖維拔出增韌機制。但當纖維含量超過一定量時，纖維局部分布不均，相對密度降低，氣孔率增加，其抗彎強度反而降低（圖 1012）。 n 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。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。n 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。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。n 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 ~。n 如可在 800~1200?C制備 SiC陶瓷。n 其缺點是所制的復合材料收縮率大，導致基體經(jīng)常發(fā)生開裂。 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。圖 104 液態(tài)浸漬法制備陶瓷基復合材料示意圖 直接氧化法n 按部件形狀制備增強體預制體，將隔板放在其表面上以阻止基體材料的生長。n 此方法最大的缺點是高氣孔率難以避免。對漿體進行超聲波震動攪拌則可進一步改善彌散性。 圖 10 – 1 陶瓷基復合材料的力 – 位移曲線表 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 SiCAlB2BOB3B/TiCSiB3BNB4B/TiCZrOB2B/MgOZrOB2B/YB2BOB3BZrOB2B/ AlB2BO3B斷裂 韌性MPa/mP1/2P~4.2~ ~ 4. 5 9~12 6 ~ 9 ~15裂 紋 尺寸大小 , ?m~3641~74 36~41 41165~ 292 74~165 86~459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表 1 不同金屬、陶瓷基體和陶瓷基復合材料的斷裂韌性比較 二、陶瓷基復合材料的制備工藝 n 粉末冶金法n
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