【正文】 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。因此材料內(nèi)部殘余應(yīng)力小，纖維幾乎不受損傷。 ? 其缺點(diǎn)是生長周期長、效率低、成本高、材料的致密度低等。是將被浸漬的部件放在等溫的空間，反應(yīng)物氣體通過擴(kuò)散滲入到多孔預(yù)制件內(nèi)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并沉積，而副產(chǎn)品物氣體再通過擴(kuò)散向外散逸（圖 108）。降低氣體的壓力和沉積溫度有利于提高浸漬深度。 ? 在低溫區(qū)，由于溫度低而不發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)氣體到達(dá)溫度較高的區(qū)域后發(fā)生分解并沉積，在纖維上和纖維之間形成基體材料。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）。可用來制備厚壁部件。 ?此外。 其它方法 ? 1）聚合物先驅(qū)體熱解法 ? 以高分子聚合物為先驅(qū)體成型后使高分子先驅(qū)體發(fā)生熱解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無機(jī)物質(zhì)，然后再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備成陶瓷基復(fù)合材料。最常用的高聚物是有機(jī)硅（聚碳硅烷等）。 ?其關(guān)鍵是在陶瓷基體中均勻加入可生成晶須的元素或化合物，控制其生長條件使在基體致密化過程中在原位同時(shí)生長出晶須；或控制燒結(jié)工藝，在陶瓷液相燒結(jié)時(shí)生長高長徑比的晶相，最終形成陶瓷基復(fù)合材料。此時(shí)其界面是具有一定厚度的反應(yīng)區(qū)，它與基體和增強(qiáng)體都能較好的結(jié)合，但通常是脆性的。 界面的作用 ? 陶瓷基復(fù)合材料的界面一方面應(yīng) 強(qiáng)到足以傳遞軸向載荷并具有高的橫向強(qiáng)度；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。 ? 強(qiáng) 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(kuò)展至復(fù)合材料的橫截面，導(dǎo)致平面斷裂。 ? 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，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。 圖 10 10 陶瓷基復(fù)合材料界面示意圖 界面性能的改善 ?為了獲得最佳界面結(jié)合強(qiáng)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。包括 C、 SiC、 BN、 ZrO2 和 SnO2等。纖維表面雙層涂層處理是最常用的方法。 四、陶瓷基復(fù)合材料的性能 ? 室溫力學(xué)性能 ? 1）拉伸強(qiáng)度和彈性模量 ? 對陶瓷基復(fù)合材料來說陶瓷基體的失效應(yīng)變低于纖維的失效應(yīng)變，因此最初的失效往往是基體中晶體缺陷引起的開裂。如纖維強(qiáng)度較低，界面結(jié)合強(qiáng)度高，基體較裂紋穿過纖維擴(kuò)展，導(dǎo)致突然失效。纖維失效前纖維 /基體界面在基體的裂紋尖端和尾部脫粘。 圖 1011 纖維陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)力 應(yīng)變曲線示意圖 2）斷裂韌性 ?纖維拔出與裂紋偏轉(zhuǎn)是復(fù)合材料韌性提高的主要機(jī)制。但當(dāng)纖維含量超過一定量時(shí)，纖維局部分布不均，相對密度降低，氣孔率增加，其抗彎強(qiáng)度反而降低（圖 1012）。 4）影響因素 ? 增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)： ? 復(fù)合材料的力學(xué)性能呈現(xiàn)符合混合定律的線性關(guān)系。 ? Phlips等提出如下經(jīng)驗(yàn)公式修正偏差（圖 1013）： ? Em= Em0（ 1 – 1. 9 ? + 0. 9?2） ? 式中 Em ：有孔隙材料的彈性模量； ? Em0：無孔隙材料的彈性模量； ? ?：基體中的孔隙率。但適當(dāng)減弱界面結(jié)合，則有利于裂紋的擴(kuò)展或沿晶界偏轉(zhuǎn)或鈍化和分散裂紋尖端造成的應(yīng)力集中。密度的增加不僅提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度，而且改變了應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線的形狀（圖 1015）。 密度較高而無碳界面層的 C/SiC復(fù)合材料在應(yīng)力 —應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為達(dá)到最大值后，應(yīng)力曲線緩慢下降（圖 1016曲線 2）。復(fù)合材料的性能隨著粒徑而增大，但隨著粒徑的進(jìn)一步增大 。 高溫力學(xué)性能 1）強(qiáng)度 圖 1019 圖 1020 圖 101 1020分別為不同溫度下 SiCF/ MAS復(fù)合材料的力學(xué)性能變化。復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度至 700℃ 保持不變，然后強(qiáng)度隨溫度升高而急劇增加；但彈性模量卻隨著溫度升高從室溫的 137GPa降到 850℃ 的 80 GPa。 1）強(qiáng)度 圖 1021 圖 1022 圖 1021為 SiCW /Al2O3復(fù)合材料的斷裂韌性隨溫度的變化。研究結(jié)果表明，不僅復(fù)合材料的斷裂韌性得到提高，而且室溫力學(xué)性能及高溫力學(xué)性能、抗熱沖擊性能及抗高溫蠕變性能均得到本質(zhì)上的改善。 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(jī)制。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)材料體系時(shí)所持的原則是讓基體發(fā)生微開裂，然后復(fù)合材料失效。 ? SiC顆粒加入到 ZTP和 YZTP陶瓷后，也可使高溫強(qiáng)度得到提高。 1022 2）蠕變 ? 對于陶瓷材料的蠕變來講，若應(yīng)力指數(shù) n為 35時(shí)為位錯(cuò)攀移機(jī)制起作用；若 n為 12，則擴(kuò)散機(jī)制起作用。大多數(shù)陶瓷纖維并不大幅度地改善抗蠕變性能，因?yàn)樵S多纖維的蠕變速率比對應(yīng)的陶瓷的蠕變速率要大得多。在較高的溫度與應(yīng)力條件下，蠕變速度及變形量都增大。圖 1023為SiC顆粒對 ZTC高溫蠕變性能的影響。 3）熱沖擊性（熱震性） ?材料在經(jīng)受劇烈的溫度變化或在一定起始溫度范圍內(nèi)冷熱交替作用而不致破壞的能力稱為抗熱震性（ Thermal shock Resistance），也稱之為耐熱沖擊性或熱穩(wěn)定性。 圖 1024 20% SiCW /Al2O3復(fù)合材料的抗熱震性能 3）熱沖擊性（熱震性） ?大多數(shù)陶瓷在經(jīng)受劇烈的冷熱變化時(shí)，容易發(fā)生開裂而破壞。 ?圖 1024表明，在 Al2O3中加入 20Vol%的SiC晶須后，不僅強(qiáng)度提高了一倍，而且抗熱震性得到明顯提高。 五、增韌機(jī)理 顆粒增韌 （ 1）非相變第二相顆粒增韌 1）微裂紋增韌 影響第二相顆粒增韌效果的主要因素是基體與第二相顆粒的彈性模量、熱膨脹系數(shù)以及兩相的化學(xué)相容性。兩相間不能有過度的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)保證具有合適的界面結(jié)合強(qiáng)度。 圖 1024 1）微裂紋增韌 ?假設(shè)第二相顆粒與基體不存在化學(xué)反應(yīng)，但存在著熱膨脹系數(shù)的失配，由于冷卻收縮的不同，顆粒將受到一個(gè)應(yīng)力。若徑向微裂紋向周圍分散，則更容易相互連通而形成主裂紋。 1）微裂紋增韌 圖 1025 裂紋在材料中的擴(kuò)展路徑（ a： ?p ? ?m； b、 c： ?p? ?m） 當(dāng)熱膨脹系數(shù) ?p ? ?m時(shí)，裂紋在基體中發(fā)展，增加了裂紋擴(kuò)展路徑，因而增加了裂紋擴(kuò)展的阻力（圖 1025a）；當(dāng) ?p? ?m時(shí)，若顆粒在某一裂紋面內(nèi)，則裂紋向顆粒擴(kuò)展時(shí)將首先直接達(dá)到顆粒與基體的界面。若外加應(yīng)力進(jìn)一步增大，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展或穿過顆粒發(fā)生穿晶斷裂（圖 1025b），或繞過顆粒，沿顆粒與基體的界面擴(kuò)展，裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)（圖 1025c）。 2）裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋橋聯(lián)增韌 ? 裂紋偏轉(zhuǎn)是一種裂紋尖端效應(yīng)，是指裂紋擴(kuò)展過程中當(dāng)裂紋遇上偏轉(zhuǎn)元（如增強(qiáng)相、界面等）時(shí)所發(fā)生的傾斜和偏轉(zhuǎn)。它發(fā)生在裂紋尖端，靠橋聯(lián)元（劑）連接裂紋的兩個(gè)表面并提供一個(gè)使裂紋面相互靠近的應(yīng)力，即閉合應(yīng)力，這樣導(dǎo)致強(qiáng)度因子隨裂紋擴(kuò)展而增加。裂紋橋聯(lián)增韌值與橋聯(lián)元（劑）粒徑的平方根成正比。其增韌機(jī)理包括由于裂紋尖端形成的塑性變形區(qū)導(dǎo)致裂紋尖端屏蔽以及由延性顆粒形成的延性裂紋橋。但當(dāng) ?和 E值相差足夠大時(shí)，裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)繞過金屬顆粒，增韌效果較差。增強(qiáng)顆粒與基體顆粒的尺寸匹配與殘余應(yīng)力是納米復(fù)合材料中的重要增強(qiáng)、增韌機(jī)理。 單斜相 (m) ZrO2， 1170?C ? 四方相 (t ) ZrO2； 2370?C ? 立方相 ZrO2。這一相變溫度正處在室溫與燒結(jié)溫度之間，對材料的韌性和強(qiáng)度有很大影響。 圖 10 – 27 ZTA性能隨 ZrO2體積含量的變化 （ 4）相變增韌 ?如在 ZTA（ ZrO2/ Al2O3）中加入某些穩(wěn)定氧化物（如 Y2O3等），則會(huì)抑制 ZrO2的 tm相變。此時(shí)四方 ZrO2處于亞穩(wěn)態(tài)，當(dāng)材料受外力作用時(shí)，在應(yīng)力的誘導(dǎo)下，發(fā)生 tm相變。 由應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌的韌性增量為： ?K = ?? ?zEmr01/2 ； 其中 r0為相變區(qū)的寬度； ?z為復(fù)合材料中亞穩(wěn)態(tài)ZrO2顆粒的體積分?jǐn)?shù)； ??為伴隨相變產(chǎn)生的體積應(yīng)變， Em為基體的彈性模量。隨著增強(qiáng)體長徑比和體積比增加，裂紋彎曲增韌效果增加。相當(dāng)來講，它更易繞過纖維并盡量貼近纖維表面擴(kuò)展，即裂紋偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)后裂紋受的拉應(yīng)力往往低于偏轉(zhuǎn)前的裂紋，而且裂紋的擴(kuò)展路徑增長，裂紋擴(kuò)展中需消耗更多的能量因而起到增韌作用。裂紋偏轉(zhuǎn)主要是由于增強(qiáng)體與裂紋之間的相互作用而產(chǎn)生。增強(qiáng)體的長徑比越大，裂紋偏轉(zhuǎn)增韌效