《陶瓷材料的強(qiáng)韌化》讀書(shū)報(bào)告

1、河北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 陶瓷材料的強(qiáng)韌化讀書(shū)報(bào)告 專(zhuān)業(yè) 金屬材料 班級(jí) 材料116 學(xué)號(hào) 111899 姓名 李浩槊 2015年01月05日目錄第一部分.陶瓷材料簡(jiǎn)介第二部分.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)第三部分.陶瓷材料的成型方法第四部分.陶瓷材料的燒結(jié)第五部分.結(jié)構(gòu)陶瓷材料的傳統(tǒng)韌化方式第六部分.陶瓷材料韌化的進(jìn)展及納米材料在陶瓷 韌化方面的應(yīng)用 第七部分.參考文獻(xiàn) 第一部分 陶瓷材料簡(jiǎn)介陶瓷材料是人類(lèi)應(yīng)用最早的材料。它堅(jiān)硬，穩(wěn)定，可以制造工具、用具；在一些特殊的情況下也可以用作結(jié)構(gòu)材料。陶瓷材料屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，是不含碳?xì)溲踅Y(jié)合的化合物，主要是金屬氧化物和金屬非氧化物。由于大部分無(wú)機(jī)非金屬材

2、料含有硅和其它元素的化合物，所以又叫作硅酸鹽材料。它一般包括無(wú)機(jī)玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷三類(lèi)。作為結(jié)構(gòu)材料和工具材料，工程上應(yīng)用最廣泛的就是陶瓷材料。按照成分和用途，工業(yè)陶瓷材料可分為：1）普通陶瓷（或傳統(tǒng)陶瓷）主要為硅、鋁氧化物的硅酸鹽材料。 2）特種陶瓷（或新型陶瓷、高技術(shù)陶瓷、精細(xì)陶瓷、先進(jìn)陶瓷）主要為高熔點(diǎn)的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等燒結(jié)材料。 3）金屬陶瓷主要指用陶瓷生產(chǎn)方法制取的金屬與碳化物或其它化合物的粉末制品。陶瓷材料擁有良好的力、熱、光、電性能和優(yōu)異的化學(xué)性能。首先，陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗壓強(qiáng)度較高，但抗拉強(qiáng)度較

3、低，塑性和韌性很差。而且，陶瓷材料一般具有高的熔點(diǎn)（大多在2000以上），且在高溫下具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性；陶瓷的導(dǎo)熱性低于金屬材料，陶瓷還是良好的隔熱材料。同時(shí)陶瓷的線膨脹系數(shù)比金屬低，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定性。陶瓷材料在高溫下不易氧化，并對(duì)酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力。大多數(shù)陶瓷具有良好的電絕緣性，因此大量用于制作各種電壓（1kV110kV）的絕緣器件。鐵電陶瓷（鈦酸鋇BaTiO3）具有較高的介電常數(shù)，可用于制作電容器，鐵電陶瓷在外電場(chǎng)的作用下，還能改變形狀，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（具有壓電材料的特性），可用作擴(kuò)音機(jī)、電唱機(jī)、超聲波儀、聲納、醫(yī)療用聲譜儀等。少數(shù)陶瓷還具有半導(dǎo)

4、體的特性，可作整流器。此外，陶瓷材料還有獨(dú)特的光學(xué)性能，可用作固體激光器材料、光導(dǎo)纖維材料、光儲(chǔ)存器等，透明陶瓷可用于高壓鈉燈管等。磁性陶瓷（鐵氧體如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在錄音磁帶、唱片、變壓器鐵芯、大型計(jì)算機(jī)記憶元件方面的應(yīng)用有著廣泛的前途。第二部分 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料通常是金屬和非金屬元素組成的化合物。當(dāng)含有一種以上的化合物時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)可能變得非常復(fù)雜。陶瓷晶體是以離子鍵和共價(jià)鍵為主要結(jié)合鍵，一般為兩種以上的不同鍵合的混合形式。離子鍵和共價(jià)鍵是強(qiáng)固的結(jié)合鍵，因而陶瓷具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐腐蝕和無(wú)塑性等特性。此外，陶瓷材料可以通過(guò)改變晶體結(jié)構(gòu)來(lái)改變其性能，例如

5、氟化硼陶瓷，呈六方結(jié)構(gòu)的為軟而松散的絕緣材料，但呈立方結(jié)構(gòu)的卻是著名的超硬材料。從陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)看，其般為多晶體，其顯微結(jié)構(gòu)包括相分布、晶粒尺寸和形狀、氣孔劃、和分布、雜質(zhì)缺陷和晶界等。陶瓷材料由晶相、玻璃相、氣相組成。晶相是由原子、離子、分子在空間有規(guī)律排列成的結(jié)晶相，是陶瓷材料的主要組成相，決定陶瓷材料的物理化學(xué)特性。陶瓷材料的晶相有硅酸鹽、氧化物和非氧化物(碳化物、氮化物、硼化物)三大類(lèi)相。晶相又可分為主晶相、次晶相、析出相和夾雜相。(1) 主晶相：是材料的主要組成部分，材料的性能主要取決于主晶的性質(zhì)。普通陶瓷材料的主晶相主要是莫來(lái)石和石英。晶相對(duì)陶瓷材料的物理性能有直接影響。例如氧

6、化鋁陶瓷的性能與其主晶相剛玉(-Al2O3)含量關(guān)系極大。(2) 次晶相：是材料的次要組成部分。例如Si3N4材料中的顆粒狀的六方結(jié)構(gòu)的相-Si3N4為主晶相；針狀的菱方結(jié)構(gòu)的-Si3N4為次晶相，含量較少。(3) 析出相：由粘土、長(zhǎng)石、石英燒成的陶瓷的析出相大多數(shù)是莫來(lái)石，一次析出的莫來(lái)石為顆粒狀，二次析出的莫來(lái)石為針狀，可提高陶瓷材料的強(qiáng)度。(4) 夾雜相：不同材料夾雜相不同。夾雜相量很少，其存在都會(huì)使材料的性能降低。另外，晶相中還存在晶界和晶粒內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)。晶界上由于原子排列紊亂，成為一種晶體的面缺陷。晶界的數(shù)量、厚度、應(yīng)力分布以及晶界上夾雜物的析出情況對(duì)材料的性能都會(huì)產(chǎn)生很大影響，晶

7、粒的尺寸也是影響陶瓷材料性能的重要因素，一般細(xì)晶粒可以阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的導(dǎo)熱系數(shù)，使材料絕緣性能下降。晶粒內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)包括滑移、孿晶、裂紋、位錯(cuò)、氣孔、電疇、磁疇等。玻璃相一般是指由高溫熔體凝固下來(lái)的、結(jié)構(gòu)與液體相似的非晶態(tài)固體。陶瓷材料在燒結(jié)過(guò)程中，發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化，生成了熔融液相。如果熔融態(tài)時(shí)粘度很大，即流體層間的內(nèi)摩擦力很大，冷卻時(shí)原子遷移比較困難，晶體的形成很難進(jìn)行，而形成過(guò)冷液相，隨著溫度繼續(xù)下降，過(guò)冷淮相粘度進(jìn)一步增大，冷卻到一事實(shí)上溫度時(shí)，熔體固體，“凍結(jié)”成為玻璃，此時(shí)的溫度稱為玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg，低于此溫度表現(xiàn)出明顯的脆性。加熱時(shí)，玻璃熔體粘度降低，在某個(gè)粘

8、度時(shí)，玻璃顯著軟化，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度為軟化溫度Tf。玻璃轉(zhuǎn)變溫度和軟化溫度都具有一個(gè)溫度區(qū)間，不是某一確定的數(shù)值，這與晶體的轉(zhuǎn)變不同。玻璃相的作用有如下幾個(gè)方面：(1)起粘接劑和填充劑的作用，玻璃相是一種易熔相，可以填充晶粒間隙，將晶粒粘接在一起，使材料致密化；(2) 降低燒成溫度，加快燒結(jié)過(guò)程；(3)阻止晶型轉(zhuǎn)變，抑制晶粒長(zhǎng)大，使晶粒細(xì)化；(4)增加陶瓷的透明度等。不同的陶瓷材料玻璃相的含量不同，玻璃相對(duì)材料的性能有重要影響，玻璃相的存在一般會(huì)降低陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，影響其介電性能。氣相和氣孔是陶瓷材料在制備過(guò)程中不可避免留下的。氣孔率增大，陶瓷材料的致密度降低，強(qiáng)度和硬度下降。若

9、玻璃相分布在主晶相界面，在高溫下陶瓷材料的強(qiáng)度下降，易發(fā)生塑性變形。因此，對(duì)陶瓷燒結(jié)體進(jìn)行熱處理，使晶界玻璃相重結(jié)晶或進(jìn)入晶相成為固溶體，可顯著提高陶瓷材料在高溫時(shí)的強(qiáng)度。第三部分 陶瓷材料的成型方法陶瓷制品的成形，就是將坯料制成具有一定形狀和規(guī)格的坯體。普通成形方法有：可塑成形、注漿成形和壓制成形、等靜壓成型等。特殊成型方法有：微機(jī)控制無(wú)模具成形方法、原位凝固成形方法等。1、注漿成形法指將具有流動(dòng)性的液態(tài)泥漿注入多孔模型內(nèi)(模型為石膏模、多孔樹(shù)脂模等)，借助模型的毛細(xì)吸水能力，泥漿脫水、硬化，經(jīng)脫模獲得一定形狀的坯體的過(guò)程。2、可塑成形法 利用模具或刀具等工藝裝備運(yùn)動(dòng)造成的壓力、剪力或擠壓力

10、等外力，對(duì)具有可塑性坯料進(jìn)行加工，迫使材料在外力作用下發(fā)生可塑變形而制成坯體的方法。3、壓制成形法 是將含有一定水分的粒狀粉料填充到模具中，使其在壓力下成為具有一定形狀和強(qiáng)度的陶瓷坯體的成形方法。根據(jù)粉料中含水量的多少，可分干壓成形(水含量小于7)和半干壓成形(水含量在7一15之間)，特殊的壓制成形方法(如等靜壓法粉料中的水含量可低于3)。壓制成形的設(shè)備多為摩擦螺旋壓力機(jī)或液壓機(jī)。4、等靜壓成形法 將粉末裝在適當(dāng)?shù)哪＞咧?，將裝壓模放在一定的傳壓介質(zhì)內(nèi)，使其各個(gè)方向均勻受壓而成形的方法叫等靜壓。傳遞壓力的介質(zhì)有液體、氣體和固體。等靜壓成形的理論基礎(chǔ)是根據(jù)帕斯卡原理關(guān)于液體傳遞壓強(qiáng)的規(guī)律：加在密閉

11、液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變地被液體向各個(gè)方向傳遞。當(dāng)把粉料裝進(jìn)一只有彈性的軟膜內(nèi)，放在液體或氣體介質(zhì)中，施加壓力，則此壓力便會(huì)以相同的力向各個(gè)方向傳遞，在壓力作用下粉料的各個(gè)方向均受到了擠壓，被壓實(shí)的物體有與模型相似的形狀，只是尺寸按比例縮小，其縮小程度視材料可壓縮性和所加壓強(qiáng)大小決定。等靜壓成形在陶瓷界已引起普遍重視，因?yàn)樗恍璨捎脗鹘y(tǒng)的可塑性泥料機(jī)壓成形的方式，不用消耗石膏模，半成品不需經(jīng)過(guò)于燥工序而可直接人窯燒成，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。目前，在生產(chǎn)和研究中所使用的等靜壓方法有液靜壓制、軟模壓制和熱等靜壓。等靜壓成形與干壓成形的區(qū)別在于：(1)干壓只有1到2個(gè)受壓面，而等靜壓

12、有多個(gè)面受壓。這樣有利于把粉料壓實(shí)到相當(dāng)?shù)拿芏?，同時(shí)粉料顆粒的直線位移小，粉料顆粒在運(yùn)動(dòng)中所消耗的摩擦功減小，提高了壓制效率。(2)和強(qiáng)度相同的其他壓制相比，等靜壓可以得到較高的生坯密度，且各個(gè)方向都密實(shí)均勻，不因形狀厚薄有較大的變化。(3)由于等靜壓各個(gè)方向的壓強(qiáng)差異不大，粉料顆粒間、顆粒與模型間的摩擦力減小，生坯中的應(yīng)力現(xiàn)象很少出現(xiàn)。 (4)等靜壓成形的生坯強(qiáng)度很高，生坯內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，不存在顆粒取向排列。(5) 等靜壓采用的粉料排水率低，很少使用黏結(jié)劑和潤(rùn)滑劑，可以減少干燥收縮和潤(rùn)滑收縮。5、微機(jī)控制無(wú)模具成形方法20世紀(jì)90年代初以來(lái)，出現(xiàn)了固體自由成形制造(Solid Freeform

13、 Fabrication)的固體無(wú)模成形技術(shù)。該技術(shù)直接利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)(CAD)結(jié)果，將復(fù)雜的三維立體構(gòu)件經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件切片分割處理，形成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的像素單元文件，而后，通過(guò)類(lèi)似計(jì)算機(jī)打印輸出的外部設(shè)備，將要成形的陶瓷粉體快速形成實(shí)際的像素單元。一個(gè)一個(gè)單元疊加的結(jié)果即可直接成形出所需要的三維立體構(gòu)件。顯然，這種成形方法不同于以往的成形方法，其特點(diǎn)在于：1) 成形過(guò)程中無(wú)需任何硬質(zhì)工具、模具或模型參與。使生產(chǎn)過(guò)程更加集成化，創(chuàng)造周期縮短。生產(chǎn)效率得以提高。2) 成形體幾何形狀及尺寸可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件處理系統(tǒng)隨時(shí)改變，無(wú)需等待模具的設(shè)計(jì)制造，大大縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間。特別有利于多規(guī)格小批量的陶瓷產(chǎn)

14、品實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。3)與現(xiàn)代智能技術(shù)的結(jié)合，將進(jìn)一步提高陶瓷制備工業(yè)水平。 無(wú)模制造成形技術(shù)實(shí)際上由兩部分構(gòu)成，一是用于計(jì)算機(jī)圖形處理和像素信息輸出的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)；二是用于接收計(jì)算機(jī)輸出指令，并將數(shù)字命令轉(zhuǎn)換成實(shí)際的陶瓷成形單元的外圍輸出設(shè)備和技術(shù)。前者已在現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)柔性制造概念的發(fā)展，為固體粉末實(shí)現(xiàn)無(wú)模制造成形奠定了基礎(chǔ)。比如，在塑料及高分子制造業(yè)中，已形成許多商業(yè)化的技術(shù)，可直接由CAD設(shè)計(jì)方案制造零部件及原型體。而相關(guān)的外用輸出設(shè)備及技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)無(wú)模制造的關(guān)鍵，針對(duì)不同的材料體系和不同的輸出方法，已逐漸形成了各具特色的無(wú)模創(chuàng)造方法。 目前陶瓷無(wú)模制造技術(shù)可初步分為以下六種：(

15、1)激光選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)(selective laster sintering)；(2)層片疊加成形技術(shù)(1aminated object manufacture)； (3)熔化覆蓋成形技術(shù)(fused deposition manufacture)；(4)光固化立體成形技術(shù)(stereo lithography appearance)；(5)三維打印成形技術(shù)(3D-printing)；(6)噴射打印成形技術(shù)(ink jet printing)。6、原位凝固成形方法所謂的原位凝固注模成形法是利用原位凝固劑催化漿料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生原位凝固的一種成形方法?，F(xiàn)已受到國(guó)內(nèi)外的高度重視。與傳統(tǒng)的成形方

16、法相比，它具有許多自身的優(yōu)點(diǎn)。陶瓷傳統(tǒng)的成形方法主要有一般壓制成形、冷等靜壓成形、注射成形及注漿成形等。一般壓制成形的坯體密度分布不均勻，易分層。冷等靜壓形成只能形成形狀簡(jiǎn)單的部件；注漿成形可制備大尺寸復(fù)雜形狀的部件，但成形坯體也存在密度低、密度分布不均勻等問(wèn)題；注射成形需加入40一50的有機(jī)添加劑，脫脂過(guò)程長(zhǎng)，坯體易產(chǎn)生缺陷，不適于大尺寸部件的成形，而與上述傳統(tǒng)的方法相比，原位凝固注模成形法基本克服了上述方法中的缺陷。該方法可以成形大尺寸復(fù)雜形狀的部件，其坯體密度高且均勻，具有足夠的脫模強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了凝固時(shí)間的可控性。第四部分 陶瓷材料的燒結(jié)燒結(jié)是指經(jīng)過(guò)成形的固體粉料顆粒在加熱到低于熔點(diǎn)溫度下

17、，經(jīng)過(guò)黏合、氣孔排除、體積收縮而變成致密堅(jiān)硬的燒結(jié)體的物理過(guò)程。固體物質(zhì)的燒結(jié)過(guò)程有兩種類(lèi)型：一種是燒結(jié)過(guò)程中無(wú)液相參加的固相燒結(jié)，另一種為有液相參加的液相燒結(jié)。一般高純物質(zhì)的燒結(jié)屬固相燒結(jié)，多組分物質(zhì)的燒結(jié)大多屬于液相燒結(jié)。在燒結(jié)過(guò)程中，粉料成形坯體將發(fā)生如下主要變化：顆粒間由點(diǎn)接觸逐漸擴(kuò)大為面接觸，形成燒結(jié)頸，顆粒互相靠攏其中心距縮小，逐漸形成晶界，在表面能的驅(qū)動(dòng)下，物質(zhì)通過(guò)不同的擴(kuò)散途徑和機(jī)理(蒸發(fā)凝聚傳質(zhì)，擴(kuò)散傳質(zhì)，流動(dòng)傳質(zhì)，溶解沉淀傳質(zhì)等)向氣孔部位充填，逐步減少氣孔所占的體積，擴(kuò)大晶界的面積，使坯體致密化。 固相、液相燒結(jié)分別對(duì)應(yīng)著不同的反應(yīng)機(jī)理，液相燒結(jié)的反應(yīng)機(jī)理可簡(jiǎn)單歸納為熔化

18、、重排、溶解、沉淀及氣孔排除。按照燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)特征，常將固相燒結(jié)機(jī)理劃分為以下3個(gè)階段：燒結(jié)前期 在燒結(jié)初期，顆粒相互靠近，不同顆粒間接觸點(diǎn)通過(guò)物質(zhì)擴(kuò)散和坯體收縮形成頸部。在這個(gè)階段，顆粒內(nèi)的晶粒不發(fā)生變化，顆粒的外形基本保持不變。燒結(jié)中期 燒結(jié)頸部開(kāi)始長(zhǎng)大，原子向顆粒結(jié)合面遷移，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)。該階段燒結(jié)體的密度和強(qiáng)度都增加。 燒結(jié)后期 一般當(dāng)燒結(jié)體密度達(dá)到90%，燒結(jié)就進(jìn)入燒結(jié)后期。此時(shí)，大多數(shù)孔隙被分隔，晶界上的物質(zhì)繼續(xù)向氣孔擴(kuò)散、填充，隨著致密化繼續(xù)進(jìn)行，晶粒也繼續(xù)長(zhǎng)大。這個(gè)階段燒結(jié)體主要通過(guò)小孔隙的消失和孔隙數(shù)量的減少來(lái)實(shí)現(xiàn)

19、收縮，收縮緩慢。第五部分 結(jié)構(gòu)陶瓷材料的傳統(tǒng)韌化方式眾所周知，陶瓷材料雖然具有耐高溫、耐磨損和重量輕等一系列優(yōu)良的性能，但由于其致命的弱點(diǎn)脆性，而限制其優(yōu)良性能的發(fā)揮，因此也限制了它的實(shí)際應(yīng)用。為此陶瓷的韌化便成了近年來(lái)陶瓷研究的核心課題。到目前為止，已探討出若干種陶瓷韌陶瓷材料簡(jiǎn)介化的途徑，并已得到了顯著的效果，事實(shí)上，陶瓷晶體之所以脆，是因?yàn)樘沾删w內(nèi)缺少五個(gè)獨(dú)立的滑移系，在受力作用下難于發(fā)生滑移引起的塑性變形以松弛應(yīng)力，在顯微方面其脆性根源在于存在裂紋，且易于導(dǎo)致高度裂紋集中。陶瓷的脆性是由其本質(zhì)決定的。因?yàn)樵谝欢l件下，晶體中滑移系的數(shù)目及可動(dòng)程度，都是由物質(zhì)結(jié)構(gòu)本質(zhì)決定的。但是，根據(jù)

20、陶瓷材料的裂紋擴(kuò)展行為及其斷裂機(jī)理認(rèn)為，借助于對(duì)裂紋擴(kuò)展條件的控制，可在一定程度上達(dá)到提高陶瓷韌性。陶瓷韌化可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是自增韌陶瓷，它是由燒結(jié)或熱處理等工藝使其微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)部自生出增韌相(組分)，ZrO2相變?cè)鲰g陶瓷即為此類(lèi)。另一類(lèi)是在試樣制備時(shí)用機(jī)械混合的方法加入起增韌作用的第二相(組元)，纖維增韌、晶須增韌及顆粒增韌陶瓷，即為此類(lèi)。1、相變韌化除單晶體或在高溫下，陶瓷一般是沒(méi)有塑性變形的，即彈性變形后直接斷裂，這類(lèi)材料稱為脆性材料。使材料獲得塑性從而改變斷裂方式稱為韌化。ZrO2晶粒具有3種同質(zhì)異構(gòu)體，即立方晶相、四方晶相和單斜晶相。在通常情況下，各相穩(wěn)定存在的大致溫度范圍是：立方相大

21、于2300，四方相大于1100，單斜相小于1100。當(dāng)ZrO2分散在其他陶瓷基體中，在燒成溫度下，ZrO2顆粒一般以四方相存在。當(dāng)冷卻到某一溫度時(shí)，即發(fā)生馬氏體相變，轉(zhuǎn)變成單斜Zr02，并伴隨著一定的體積膨脹和晶粒形狀的變化。但是當(dāng)ZrO2顆粒彌散在其他陶瓷基體中，使它受到周?chē)w的束縛時(shí)，它的相變也受到抑制，使壇向低溫方向移動(dòng)。調(diào)整周?chē)w的性質(zhì)，有可能使四方ZrO2保持到室溫。只有在基體受到外力作用，使基體對(duì)ZrO2顆粒的束縛作用松弛后，才觸發(fā)了它向單斜相轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到相變?cè)鲰g的效果。2、纖維增韌 高強(qiáng)度和高模量的纖維既能為基體分擔(dān)大部分外加應(yīng)力，又可阻礙裂紋的擴(kuò)展，并能在局部纖維發(fā)生斷裂

22、時(shí)以“拔出功”的形式消耗部分能量，起到提高斷裂能并克服脆性的效果參考文獻(xiàn) 鄒東利,路學(xué)成. 陶瓷材料增韌技術(shù)及其韌化機(jī)理J. 陶瓷,2007,06:5-11.。 單向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料具有各向異性,即沿纖維長(zhǎng)度方向上的縱向性能大大高于橫向性能。這種纖維的定向排布是根據(jù)實(shí)際構(gòu)件的使用要求確定的,即主要使用其縱向性能。在單向排布長(zhǎng)纖維陶瓷基復(fù)合材料中,韌性的提高來(lái)自3方面的貢獻(xiàn),即纖維拔出、纖維橋聯(lián)及裂紋偏轉(zhuǎn)。單向排列纖維增韌陶瓷只是在纖維排列方向上縱向性能優(yōu)越,然而橫向性能顯著低于縱向性能,所以只適用于單軸應(yīng)力的場(chǎng)合。但許多陶瓷構(gòu)件則要求在二維及三維的方向上均要有高性能,而單向排布纖維增

23、韌陶瓷基復(fù)合材料顯然不能滿足要求,于是便產(chǎn)生了多向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。多向纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的韌化機(jī)理與單向排布纖維復(fù)合材料的一樣,也主要是靠纖維的拔出與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制使韌性及強(qiáng)度相對(duì)于基體材料大幅度提高。3、 晶須及顆粒增韌陶瓷晶須為具有一定的長(zhǎng)徑比(直徑為0.31 um，長(zhǎng)為30一100um )且缺陷很少的陶瓷小單晶，因而具有很高的強(qiáng)度；是一種非常理想的陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌體。陶瓷晶須目前常用的是SiC晶須，Si3N4晶須也開(kāi)始用于陶瓷基復(fù)合材料。基體常用的有ZrO2、Si、SiO2、Al2O3和莫來(lái)石等。SiC晶須的強(qiáng)韌化機(jī)理大體同纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料相同，即主要靠晶須的

24、拔出橋聯(lián)與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制對(duì)強(qiáng)度和韌性的提高產(chǎn)生突出貢獻(xiàn) 張玲潔. 顆粒、晶須強(qiáng)韌化碳化硅陶瓷及在密封環(huán)中的應(yīng)用D.浙江大學(xué),2012.。用顆粒作為增韌劑制作顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料，其原料混合均勻化及燒結(jié)致密化都比纖維和晶須復(fù)合材料簡(jiǎn)便易行。因此，盡管顆粒的增韌效果不如晶須和纖維，但如晶粒種類(lèi)、粒徑、含量及基體材料選擇得當(dāng)仍有一定韌化效果，同時(shí)會(huì)帶來(lái)高溫強(qiáng)度、高溫蠕變性能的改善。所以，顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料同樣受到重視，并開(kāi)展了有效的研究工作。第六部分 陶瓷材料韌化的進(jìn)展及納米材料在陶瓷韌化方面的應(yīng)用近年來(lái)，隨著陶瓷韌化的研究進(jìn)展，出現(xiàn)一些新陶瓷韌化材料及方法。碳纖維(Cf)是有機(jī)纖維或?yàn)r青基材料

25、經(jīng)碳化和石墨化處理后形成的含碳量在85%以上的碳素纖維，具有比強(qiáng)度高、比模量大、高溫力學(xué)性能和熱性能良好等優(yōu)點(diǎn)，在惰性氣氛中2000時(shí)仍能保持強(qiáng)度基本不下降。用碳纖維增強(qiáng)SiC復(fù)合材料，材料在斷裂的過(guò)程中通過(guò)纖維拔出、纖維橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)等增韌機(jī)制來(lái)消耗能量，使材料表現(xiàn)為非脆性斷裂。Cf/SiC復(fù)合材料綜合了碳纖維優(yōu)異的高溫性能和碳化硅基體高抗氧化性能，受到了世界各國(guó)的高度關(guān)注，并廣泛應(yīng)用在航空、航天、光學(xué)系統(tǒng)、交通工具(剎車(chē)片、閥)等領(lǐng)域 何柏林，孫佳.碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用.硅酸鹽通報(bào)2009, (06): 1197-1202+1207.。 此外，納米結(jié)構(gòu)陶瓷的興起，標(biāo)志著結(jié)構(gòu)陶瓷的研究與開(kāi)發(fā)己經(jīng)進(jìn)入介于宏觀與原子之間的納米層次，開(kāi)拓了結(jié)構(gòu)陶瓷的超塑性和低溫?zé)Y(jié)等新的性能與工藝途徑，為結(jié)構(gòu)陶瓷在納米尺寸的原料合成、制備、組成、結(jié)構(gòu)、性能和使用功效等方面豐富了科學(xué)內(nèi)涵，成為結(jié)構(gòu)陶瓷研究的一個(gè)前沿領(lǐng)域。比如，碳納米管強(qiáng)韌化陶瓷、納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷等新技術(shù)已經(jīng)在不斷提高陶瓷韌性。碳納米管是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最為理想的