陶瓷基复合材料(CMC).ppt

SiC/LAS玻璃陶瓷的脆性失效基体开始开裂纤维断裂塑性失效曲线2．压缩及弯曲强度基体开裂纤维脱粘纤维断裂3.断裂韧性随纤维含量增加，断裂韧性KIC增加。纤维拔出与裂纹偏转是复合材料韧性提高的主要机制。纤维过量后，局部分散不均匀，相对密度降低，气孔率增加，其抗弯强度反而降低。4．影响因素logo增强相的体积含量基体孔隙的影响和修正基体孔隙效应(2)热膨胀系数的影响SiC纤维的热膨胀系数为30×10－10℃。当微晶玻璃基体的αm调节到比加人纤维的αf稍低的范围时，基体受到的是压应力，复合材料的抗弯强度和断裂韧性较高，当αm大于αf时，基体从所受压应力状态改变至张应力状态，强度下降，但裂纹扩展偏转增韧使断裂韧性上升。随着密度增加，复合材料的强度和韧性增加密度(4)颗粒含量和粒径抑制基体晶粒的生长，形成细晶结构，高弹性模量的SiC分散材料内部的应力集中，SiC颗粒钝化了裂纹尖端，从而降低了材料的应力集中。SiC颗粒的加入本身也引入了缺陷，使得裂纹偏转010302二、高温力学性能强度模量第六章陶瓷基复合材料(CMC)第一节概述陶瓷复合材

料的韧性第二节陶瓷基体氧化铝陶瓷性能特点：硬度高，耐磨性好（2）耐高温性能好耐腐蚀性好（4）电绝缘性好二、氮化硅陶瓷以反应烧结（Si粉＋95%N2＋5%H2）或热压烧结（Si3N4+MgO）制备性能特点：（1）强度高（2）抗热震性和抗高温蠕变性能也比其它陶瓷好（3）硬度高，摩擦系数小，只有0.1－0.2，是一种极优良的耐磨材料（4）自润滑性（5）良好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐所有的无机酸和某些减溶液的腐蚀，并能抵抗熔融有色金属(如铝、锡、锌、镍、金、银、铜等)的侵蚀（6）抗氧化温度可达1000（7）氮化硅的电绝缘性也很好Si3N4+Al2O3三、碳化硅陶瓷由反应烧结法（α-SiC+C粉烧结）和热压烧结（SiC+促进剂）法制备特点：较高的高温强度较高的热导率较好的热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性0102含有大量微晶体的玻璃称为微晶玻璃或玻璃陶瓷。常用的玻璃陶瓷有锂铝硅（Li2O-Al2O3-SiO2，LAS）和镁铝硅(MgO-Al2O3-SiO2，MAS)两个体系。特点：低密度，g/cm3高弹性模量（80－140GPa）和弯曲强度(70-350MPa)12四、玻璃陶瓷粉末状物料在压制成型后，含有大量气孔，颗粒之间接触面积较小，强度也比较低。经过高温作用后，坯体中颗粒相互烧结，界面逐渐扩大成为晶界，最后数个晶粒结合在一起，产生再结晶与聚集再结晶，使晶粒长大。气孔体积缩小，大部分甚至全部从体坯中排出，体收缩而致密，强度增加，成坚固整体。上述整个过程叫烧结过程。烧结是一复杂的物理化学过程，除物理变化外，有的还伴随有化学变化，如固相反应。这种由固相反应促进的烧结，又称反应烧结。高纯物质通常在烧结温度下基本上无液相出现；而多组分物系在烧结温度下常有液相存在，称为液相烧结。第三节陶瓷粉末的烧结一、烧结过程科布尔(Coble)把绕结过程划分为初期、中期、末期三个阶段01末期：还体浙趋致密，当相对密度达95%左右，气孔逐渐封闭，成为不连续状态04初期：晶界不移动，也就是晶粒不成长02中期：晶界开始移动，晶粒开始成长，气孔成三维连通状03二、烧结动力任何系统都有向最低能量状态转变的趋势，所以这种表面自由能的降低，在很多情况下就成为物质烧结的主要动力。此外高度分散物料的表面还存在严重歪曲，内部也具有比较严重的结构缺陷，这些都促使晶格活化，性质点易于迁移，从而构成烧结动力的另一部分。烧结作用力分析表面张力产生的作用于ABCD表面上切线方向的力，可由表面张力定义求出由表可以看出，曲面压力随颗粒半径之降低而增加，随曲面圆内角θ之减小而降低，亦即随烧结之进行而降低。所以颗粒越细，曲面压力越大，颈部成长越快。颈部长大表面积减小，表面能也降低。三、烧结机理颗粒的粘附作用粘附是闪体表面的普迎性质，它起决于固体表面张力，当两个表面靠近到表面力场作用范围时，即发生键合而粘附。粘附力的大小直接取决于物质表面能和接触面积，故粉状物料间的粘附特别显著。随着粘附的进行，表面积减小，系统总表面能降低，促进粘附的进一步进行。(—)物质的传递流动传质在表面张力的作用下引起的物质迁移，即粘性流动和塑性流动。在一定的温度下，晶体中存在一定的平衡空位浓度，随着温度升高，平衡空位浓度增加，质点振动增加，并可能发生依序向相邻的空位位置移动。由于空位是统计平均分布的，故不会产生定向的物质流动。但如存在定向作用力，如表面张力的作用，质点就会优先沿作用力的方向