第八章陶瓷基复合材料.ppt

下图为SiCw/ ZrO2材料的载荷--位移曲线。 (位移 um) 载荷(N) 　　从图中可以看出，有明显的锯齿效应，这是晶须拔出桥连机制作用的结果。 8.2 陶瓷基复合材料的成型加工 8.2.1 纤维增强陶瓷基复合材料的加工; 8.2.2 晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的加工; 8.3 陶瓷基复合材料的应用。 　　纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于多种因素，如基体、纤维及二者之间的结合等。 8.2.1 纤维增强陶瓷基复合材料的加工 　　从基体方面看，与气孔的尺寸及数量，裂纹的大小以及一些其它缺陷有关； 　　从纤维方面来看，则与纤维中的杂质、纤维的氧化程度、损伤及其他固有缺陷有关； 　　从基体与纤维的结合情况上看，则与界面及结合效果、纤维在基体中的取向，以及载体与纤维的热膨胀系数差有关。 　　正因为有如此多的影响因素，所以在实际中针对不同的材料的制作方法也会不同，成型技术的不断研究与改进，正是为了能获得性能更为优良的材料。 　　目前采用的纤维增强陶瓷基复合材料的成型主法主要有以下几种： 1．泥浆烧铸法 　　这种方法是在陶瓷泥浆中分散纤维。然后浇铸在石膏模型中。 　　这种方法比较古老，不受制品形状的限制。但对提高产品性能的效果不显著，成本低，工艺简单，适合于短纤维增强陶瓷基复合材料的制作。 2．热压烧结法 　　将特长纤维切短(3mm)，然后分散并与基体粉末混合，再用热压烧结的方法即可制得高性能的复合材料。 　　这种方法中，纤维与基体之间的结合较好，是目前采用较多的方法。 　　这种短纤维增强体在与基体粉末混合时取向是无序的，但在冷压成型及热压烧结的过程中，短纤维由于在基体压实与致密化过程中沿压力方向转动，所以导致了在最终制得的复合材料中，短纤维沿加压面而择优取向，这也就产生了材料性能上一定程度的各向异性。 3. 浸渍法 　　这种方法适用于长纤维。首先把纤维编织成所需形状，然后用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行焙烧。 　　浸渍法的优点是纤维取向可自由调节，如单向排布及多向排布等。 　　浸渍法的缺点则是不能制造大尺寸的制品，而且所得制品的致密度较低。 　　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。 　　下面两个图分别给出了Al2O3+ZrO2(Y2O3)+SiCw复合材料的性能随SiCw及ZrO2(Y2O3)含量的变化情况。 维氏硬度HV(GPa) 弹性模量E(GPa) SiCw含量(vol%) (a) 弹性模量E(GPa) 维氏硬度HV(GPa) ZrO2含量(vol%) (b) SiCw与ZrO2复合增韧Al2O3的硬度与弹性模量 　Al2O3+20mol%ZrO2(Y2O3)+SiCw 　Al2O3+20mol%ZrO2(Y2O3)+SiCw 弯曲强度?f(MPa) SiCw含量(vol%) 断裂韧性KIC(MPa.m1/2) SiCw含量(vol%) SiCw与ZrO2复合增韧Al2O3的强度与断裂韧性 SiCw与ZrO2复合增韧Al2O3的强度与断裂韧性 Al2O3+20mol%SiCw+ZrO2(Y2O3) ZrO2含量(vol%) 弯曲强度?f(MPa) ZrO2含量(vol%) 断裂韧性KIC(MPa.m1/2) 　　可以看出，随着SiCw及ZrO2(Y2O3)含量的增加，其强度与韧性均呈上升趋势，在20％SiCw及30％ ZrO2(Y2O3)时，复合材抖的?f达1200MPa。KIC达10 MPa.M1/2 以上。 　　这比单独晶须韧化的Al2O3+SiCw复合材料的?f =634MPa，KIC=7.5 MPa.M1/2有明显的提高，这充分体现了这种复合强化的效果。 　　下表则给出了莫来石及其制得的复合材料的强度与韧性。 11~12 1000 Si3N4+SiCw 5.4~6.7 551~580 莫来石+ ZrO2+SiCw 4.4 452 莫来石+ SiCw 2.8 244 莫来石 KIC (MPa.M1/2) ?f (Mpa) 材料 很明显，由ZrO2+SiCw与莫来石制得的复合材料要比单独用SiCw与莫来石制得的复合材料的性能好得多。 一、陶瓷基复合材料的界面 　　　　　1、界面的粘结形式 　　　　　2、界面的作用 　　　　　3、界面性能的改善 8.1.4 陶瓷基复合材料的界面和强韧化机理 1、界面的粘结形式 　　对于陶瓷基复合材料来讲，界面的粘结形式主要有两种： 　　　　(1)机械粘结 　　　　(2)化学粘结 　　由于陶瓷基复合材料往往是在高温条件下制备，而且往往在高温环境中工作，因此增强体与陶瓷之间容易发生化学反应形成