[材料科学]陶瓷基复合材料简本-20110607.ppt

陶瓷基复合材料及其制备技术 1. 陶瓷基复合材料概述 2. 陶瓷基复合材料增强体（增韧体） 3. 陶瓷基复合材料增韧机理 4. 陶瓷基复合材料增强体分布 5. 陶瓷基复合材料制备工艺 1.陶瓷基复合材料概述 陶瓷基复合材料的基体为陶瓷。如碳化硅、氮化硅、氧化铝等，具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。化学键往往是介于离子键与共价键之间的混合键。 陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。 碳纤维主要用在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件；其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。 纤维增强陶瓷基复合材料是改善陶瓷材料韧性的重要手段。 1.陶瓷基复合材料概述 目前常用的晶须是SiC和A12O3，常用的基体则为A12O3，ZrO2，SiO2，Si3N4以及莫来石等。 晶须具有长径比，含量较高时，桥架效应使致密化困难，引起了密度的下降导致性能下降。 颗粒代替晶须在原料的混合均匀化及烧结致密化方面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。常用的颗粒也是SiC、 Si3N4和A12O3等。 陶瓷基复合材料发展迟滞，发展过程中也遇到了比其它复合材料更大的困难。 陶瓷基复合材料的研究还处于较初级阶段，我国对陶瓷基复合材料的研究则刚刚起步不久。 材料加工前沿技术课程报告 以硕士研究生的开题报告为模板，以所研究材料的制备方法和相关分析为主要内容，结合自己的硕士学位论文课题，写出课程考查报告。 主要包括： 一、课题的研究背景和意义 二、相关领域的必威体育精装版研究动态 三、研究目标、研究内容与研究方案 四、采用的先进材料加工技术分析（至少包括两种加工制备技术的详细论述-原理、特点、工艺因素和过程） 五、采用的材料组织与性能测试分析方法（至少包括两种材料分析方法-原理与分析样品制备过程） 六、预期研究成果 七、可行性分析（理论与实践上、研究基础、条件） 时间节点：2011年7月1日，字数—5000~8000字 4.2 晶须和颗粒增强陶瓷基复合材料 长纤维增韧陶瓷基复合材料虽然性能优越，但它的制备工艺复杂，而且纤维在基体中不易分布均匀。因此，近年来又发展了短纤维、晶须及颗粒增韧陶瓷基复合材料。由于短纤维与晶须相似，故只讨论后两种情形。 由于晶须的尺寸很小，从客观上看与粉末一样，因此在制备复合材料时，只需将晶须分散后与基体粉末混合均匀，然后对混好的粉末进行热压烧结，即可制得致密的晶须增韧陶瓷基复合材料。 晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与基体和晶须的选择、晶须的含量及分布等因素有关。 　下面两个图分别给出了ZrO2(2mol% Y2O3) + SiCw及A12O3+ SiCw 陶瓷基复合材料的性能与SiCw含量之间的关系。 4.陶瓷基复合材料增强体分布 断裂韧性KIC(MPa.m1/2) SiCw含量（vol%） 弯曲强度?f(MPa) SiCw含量（vol%） 维氏硬度HV(GPa) 弹性模量E(GPa) SiCw含量（vol%） ZrO2(Y2O3)复合材料的力学性能 4.陶瓷基复合材料增强体分布 SiCw含量（vol%） 维氏硬度HV(GPa) 弹性模量E(GPa) SiCw含量（vol%） 弯曲强度?f(MPa) SiCw含量（vol%） 断裂韧性KIC(MPa.m1/2) Al2O3+ SiCw复合材料的力学性能 4.陶瓷基复合材料增强体分布 从上述结果可以看出，两种材料的弹性模量、硬度及断裂韧性均随着SiCw含量的增加而提高。 而弯曲强度的变化规律则是：对Al2O3基复合材料，随SiCw含量的增加单调上升，对ZrO2基体，在10vol％ SiCw时出现峰值，随后有所下降，但始终高于基体。 这可解释为由于SiCw含量高时造成热失配过大，同时使致密化困难而引起密度下降，使界面强度降低导致复合材料强度的下降。对A12O3基复合材料最佳韧性和强度的配合可使断裂韧性KIC=7MPa.M1/2，弯曲强度?f=600MPa；ZrO2基复合材料的断裂韧性KIC=16MPa.M1/2 ，弯曲强度?f=1400MPa。 可见，SiCw对陶瓷材料同时具有增强和增韧效果。 4.陶瓷基复合材料增强体分布 从上面的讨论可知，晶须与颗粒对陶瓷材料的增韧均有一定作用，且各有利弊。 晶须的增强增韧效果好，但含量高时会使致密度下降；颗粒可克服晶须的这一弱点，但其增强增韧效果却不如晶须。 由此很容易想到，若将晶须与颗粒共同使用，则可取长补短，达到更好的效果。 目前，已有了这方面的研究工作，如使用SiCw与ZrO2来共同增韧，用SiCw与SiCp来共同增韧等。 下面两图分别给出Al2O3+ZrO2(Y2O3)+SiCw复合材料的性能随SiCw及ZrO2(Y2O3)含