陶瓷基复合材料.doc

陶瓷基复合材料以及增韧技术的发展现状 摘要：陶瓷基复合材料是近年来发展的一种新型材料，其发展与金属间化合物和高技术的发展密切相关，本文主要介绍了一些金属化合物陶瓷基复合材料的现状以及其增韧的现状 关键词：陶瓷基复合材料、发展现状、增韧 前言：现在陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀及相对密度轻等许多优良性质因此应用也十分之广泛，在金属化合物陶瓷基复合材料方面发展迅速，但同时也有脆性这一致命弱点因此增韧也是一个不可缺少的研究题材，人们经过长久努力已经取得了较大突破，进一步使得陶瓷基复合材料更加完美 1 金属间化合物／陶瓷基复合材料的发展现状 1．1 NiAl／Al2o3及Ni3-Al／Al2o3复合材料 在最近几十年内，有很多研究工作者对金属相增韧增强Al。o。陶瓷材料进行了研究[3 。张炳荣等用Ni。一Al增强Al。o。，其中Alzo。型号为“AKP-20”(a-Al2 O3粒度0.5tim)，Ni3一Al的组成为73．12Ni-18．82AI-8．06Cr-0．019Mo-0．1B(数据为原子分数， )。其试验方法是将Al。o。+1O (体积分数)Ni。一Al混合粉末装入衬有WC不锈钢的球磨筒中，以酒精为介质强化球磨90 min，球磨后的混合泥浆在7O℃ 烘干后过100目筛，然后装入石墨模中，在(1 340士10)℃ 、25 MPa压力下于氢气气氛中热压1 h，得到Ni。一Al／AlO3复合材料。研究表明，Ni。一Al对Al。O3陶瓷有明显的增韧作用。600℃范围内，随温度升高下降很少。金属间化合物通过塑性变形、剥离、拔出，起到阻止裂纹扩展，提高材料性能的作用。随温度进一步升高，在600℃以后，Ni。一Al粒子发生软化，与Al。o。基质的结合强度下降，导致材料性能明显下降。但是与纯AL。o。陶瓷相比，该复合材料直到1 000℃ 仍保持了较高的断裂韧性。CHOU W B等口利用NiAI金属间化合物增韧AL。o。陶瓷获得了较好的效果。研究表明，随NiAl含量增加，复合材料的抗弯强度和断裂韧性提高但硬度降低。对于NiAI体积分数为5O 的试样，其强度比纯Al。o。陶瓷提高6O ，断裂韧性提高160 。进一步的研究表明，通过加入Fe可增强NiAl／Al。O3的界面结合，提高复合材料的韧性和强度。CHOU W B等还借助扫描电镜和透射电镜研究了NiAI金属间化合物增韧Alzo。陶瓷材料的强韧机理。分析认为：裂纹偏转是复合材料增韧的主要机制，而长颗粒的拔出和NiAI金属间化合物有限的塑性变形也贡献于材料的韧化。颗粒细化提高了基体材料的强度。 1．2 FeAI／A1203及Al／Al2o3复合材料 SILVIA S等研究了Al2O3基复合材料。他们采用铁粉、铝粉和氧化铝粉，以丙酮为介质进行球磨、制粉。先在50 MPa的压力下预成形，再采用冷等静压技术在900 MPa的压力下获得致密坯体，然后在1 45O～1 500℃ 的温度下无压烧结，制备出含有Fe／Al。o。和FeAl／Al。o。相的复合材料。当Fe和FeAl在复合材料中形成网络结构时，复合材料具有最好的力学性能。文献[8]报道了Al。O3基复合材料的反应合成方法，通过引入Fez03、TiOz、Nb2Os和Al，或引入Fe、Ti、Nb和Al，与Al2 O3通过无压烧结得到复合材料。在烧结过程中Fe。O3、TiO2和Nb。Os可通过Al还原形成铝化物(如Ti AI，，NbxAI，)，金属Fe、Ti、Nb与Al可直接形成金属间化合物。FeAl、TiAl和NbAl。金属间化合物增强Al。O3陶瓷复合材料的抗弯强度分别为：(570士68)、(420士32)和(445士59)MPa。孙康宁等[9]探索了Fe。Al／Al。O3复合材料的制备工艺。试验表明，Fe。AI与Alz O3有良好的亲合性。采用熔渗烧结法，通过适当控制工艺参数，可制得梯度Fe。Al／Alz O3复合材料。Fe。Al／Alzo。Fe3AI与Al。O3的优点，具有良好的使用前景。 2陶瓷基复合材料增韧技术的研究进展 2．1 纤维增韧 为了提高复合材料的韧性，必须尽可能提高材料断裂时消耗的能量。任何固体材料在载荷作用下(静态或冲击)，吸收能量的方式无非是两种：材料变形和形成新的表面。对于脆性基体和纤维来说，允许的变形很小，因此变形吸收的断裂能也很少。为了提高这类材料的吸能，只能是增加断裂表面，即增加裂纹的扩展路径。纤维的引入不仅提高了陶瓷材料的韧性，更重要的是使陶瓷材料的断裂行为发生了根本性变化，由原来的脆性断裂变成了非脆性断裂。· 瓷基复合材料的增韧机制包括基体预压缩应力、裂纹扩展受阻、纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转、相变增韧等。 能用于增强陶瓷基复合材料的纤维种类较多，包括氧化铝系列(包括莫来石)、碳化硅系列、氮化硅系列