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先進(jìn)陶瓷復(fù)合材料概念及分類

陶瓷復(fù)合材料按材料的用途可分為結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料和功能陶瓷復(fù)合材料根據(jù)基體材料的種類可分為氧化物基復(fù)合材料(如氧化鋁基、氧化鋯基、氧化硅基復(fù)合材料等)和非氧化物基復(fù)
        陶瓷材料的強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化,高溫下抗磨損好,耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良,熱脹系數(shù)與密度小,這些優(yōu)異的材料性能是一般常用金屬材料、高分子材料及其它復(fù)合材料所不具備的,因此越來越受到人們的重視,并相繼開展了陶瓷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)等大規(guī)模高溫陶瓷熱機(jī)研究計(jì)劃。但是,由于陶瓷材料本身的致命弱點(diǎn)——脆性,作結(jié)構(gòu)陶瓷材料使用時(shí)就缺乏足夠的可靠性,因而改善陶瓷材料的脆性已成為陶瓷材料領(lǐng)域亟待解決的問題之一。


 
        由于陶瓷固有的脆性限制了它的廣泛應(yīng)用,因此,研究陶瓷強(qiáng)韌化問題是陶瓷材料研究的一個(gè)重要課題。其中的一個(gè)方法是在陶瓷基體材料中加入起增強(qiáng)、增韌作用的第二相從而制成復(fù)合材料。由于普通陶瓷材料從廣義上講本身就是復(fù)合材料,所以這里所講的陶瓷基復(fù)合材料專指為獲得單項(xiàng)陶瓷材料所不具備的性能的人工制造的兩相材料(基體相和增強(qiáng)相),例如加入增強(qiáng)相使陶瓷基體材料強(qiáng)韌化等。制備陶瓷基復(fù)合材料的主要目的是提高陶瓷的韌性,陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)韌化的途徑有顆粒彌散、纖維(晶須)補(bǔ)強(qiáng)增韌、層狀復(fù)合增韌、與金屬?gòu)?fù)合增韌及相變?cè)鲰g等。采用這些方法進(jìn)行增韌,陶瓷的韌性獲得了很大昀提高。不同金屬、陶瓷基體和陶瓷基復(fù)合材料的斷裂韌性比較。    
 
        陶瓷復(fù)合材料的分類方法很多。例如,按材料的用途可分為結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料和功能陶瓷復(fù)合材料,前者用于制造各種承力構(gòu)件,后者則用于各種特殊性能(如聲、光、電、磁、熱等)。根據(jù)基體材料的種類可分為氧化物基復(fù)合材料(如氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化硅復(fù)合材料等)和非氧化物基復(fù)合材料(如碳化硅基、氮化硅基等)。此外,微晶玻璃基復(fù)合材料如鋁鋰硅酸鹽微晶玻璃(I。i2 ()-A12()。 -Si()2)、鎂鋁硅酸鹽微晶玻璃( Mg()-A12 ()3 -Si02)等,碳/碳復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料等也屬于按基體材料的不同進(jìn)行分類的。
 
        根據(jù)增強(qiáng)體的形態(tài)對(duì)陶瓷基復(fù)合材料進(jìn)行分類是重要的一種分類方法。按這種方法,可將陶瓷基復(fù)合材料分為顆粒增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料、纖維(晶須)增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料、片材增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料等。其中,根據(jù)增強(qiáng)相相對(duì)于基體材料的彈性模量,顆粒增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料又可分為延性顆粒復(fù)合于強(qiáng)基質(zhì)中陶瓷復(fù)合材料和剛性粒子復(fù)合于基質(zhì)中陶瓷復(fù)合材料。前者利用塑性變形或沿晶界滑移來緩解應(yīng)力集中,如Ti\/Ni等,可使韌性顯著提高,但強(qiáng)度變化不大,其高溫性能下降。后者利用彈性模量和熱物理參數(shù)的不同,形成殘余應(yīng)力,這種應(yīng)力場(chǎng)與裂紋尖端相互作用(裂紋偏轉(zhuǎn)、繞道、分岔、釘扎等),產(chǎn)生增韌作用。當(dāng)增強(qiáng)顆粒尺寸很小的時(shí)候(納米級(jí)及幾微米),就形成了彌散強(qiáng)化。短纖維或晶須增強(qiáng)可以明顯改善陶瓷體的韌性,但強(qiáng)度提高不夠顯著,模量與基體幾乎相當(dāng);當(dāng)加入性能優(yōu)異的長(zhǎng)纖維的時(shí)候,除韌性顯著提高外,強(qiáng)度和模量都有不同程度的增加。片材增強(qiáng)屬于層狀復(fù)合材料,有以石墨作為碳化硅的夾層材料和以氮化硼作為氮化硅的夾層材料。


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本文“先進(jìn)陶瓷復(fù)合材料概念及分類”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2015-04-10 17:02:22
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