陶瓷基復(fù)合材料(cmc)

1、四四四陶瓷基復(fù)合材料（CMC）1.1概述工程中陶瓷以特種陶瓷應(yīng)用為主，特種陶瓷由于具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能、耐磨性好、硬度高以及耐腐蝕件好等特點(diǎn)，已廣泛用于制做剪刀、網(wǎng)球拍及工業(yè)上的切削刀具、耐磨件、發(fā)動機(jī)部件、熱交換器、軸承等。陶瓷最大的缺點(diǎn)是脆性大、抗熱震性能差。與金屬基和聚合物基復(fù)合材料有有所不同的，是制備陶瓷基復(fù)合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的韌性。特別是纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料在斷裂前吸收了大量的斷裂能量，使韌性得以大幅度提高。表

2、6—1列出了由顆粒、纖維及晶須增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料的斷裂韌性和臨界裂紋尺寸大小的比較。很明顯連續(xù)纖維的增韌效果最佳，其次為品須、相變增韌和顆粒增韌。無論是纖維、晶須還是顆粒增韌均使斷裂韌性較整體陶瓷的有較大提高，而且也使臨界裂紋尺寸增大。維之一。碳纖維主要用在把強(qiáng)度、剛度、重量和抗化學(xué)性作為設(shè)計(jì)參數(shù)的構(gòu)件，在1500霓的溫度下，碳纖維仍能保持其性能不變，但對碳纖維必須進(jìn)行有效的保護(hù)以防止它在空氣中或氧化性氣氛中被腐蝕，只有這樣才能充分發(fā)揮它

3、的優(yōu)良性能。其它常用纖維是玻璃纖維和硼纖維。陶瓷材料中另一種增強(qiáng)體為晶須。晶須為具有一定長徑比(直徑o3。1ym，長30—lMy”)的小單晶體。從結(jié)構(gòu)上看，晶須的特點(diǎn)是沒有微裂紋、位偌、孔洞和表面損傷等一類缺陷，而這些缺陷正是大塊晶體中大量存在且促使強(qiáng)度下降的主要原因。在某些情況下，晶須的拉伸強(qiáng)度可達(dá)o1Z(Z為楊氏模量)，這已非常接近十理論上的理想拉伸強(qiáng)度o2Z。而相比之下多晶的金屬纖維和塊狀金屬的拉伸強(qiáng)度只有o025和oo01f。在

4、陶瓷基復(fù)合材料使用得較為普遍的是SiC、Al2O3、以及Si3N4N晶須。顆粒也是陶瓷材料中常用的一種增強(qiáng)體，從幾何尺寸上看、它在各個(gè)方向上的長度是大致相同的，—般為幾個(gè)微米。通常用得較多的顆粒也是SiC、Al2O3、以及Si3N4N。顆粒的增韌效果雖不如纖維和晶須，但如恰當(dāng)選擇顆粒種類、粒徑、含量及基體材料，仍可獲得一定的韌化效果，同時(shí)還會帶來高溫強(qiáng)度，高溫蠕變性能的改善。所以，顆粒增韌復(fù)合材料同樣受到重視并對其進(jìn)行了一定的研究。在陶

5、瓷材料中加入第二相纖維制成的復(fù)合材料是纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料，這是改善陶瓷材料韌性酌重要手段，按纖維排布方式的不同，又可將其分為單向排布長纖維復(fù)合材料和多向排布纖維復(fù)合材料。單向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的顯著特點(diǎn)是它具有各向異性，即沿纖維長度方向上的縱向性能要大大高于其橫向性能。在這種材料中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到纖維時(shí)會受阻這樣要使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展就必須提高外加應(yīng)力。圖7—15為這一過程的示意圖。當(dāng)外加應(yīng)力進(jìn)一步提高時(shí)由于基體與纖維間的界面的