陶瓷基复合材料
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陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。
陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。
这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能,而其致命的弱点是具有脆性,处于应力状态时,会产生裂纹,甚至断裂导致材料失效。
而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合,则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。
纤维能阻止裂纹的扩展,从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能,主要用作高温及耐磨制品。
其最高使用温度主要取决于基体特征。
陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。
法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件,显示出优异的摩擦磨损特性,取得满意的使用效果。
工制备艺浆体浸渍-热压法适用于长纤维。
首先把纤维编织成所需形状,然后用陶瓷泥浆浸渍,干燥后进行烧结。
优点是加热温度较晶体陶瓷低,层板的堆垛次序可任意排列,纤维分布均匀,气孔率低,获得的强度较高。
缺点则是不能制造大尺寸的制品,所得制品的致密度较低,此外零件的形状不宜太复杂,基体材料必须是低熔点或低软化点陶瓷。
晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的加工与制备晶须与颗粒的尺寸均很小,只是几何形状上有些区别,用它们进行增韧的陶瓷基复合材料的制造工艺是基本相同的。
基本上是采用粉末冶金方法。
制备工艺比长纤维复合材料简便很多。
所用设备也不复杂设备。
过程简单。
混合均匀,热压烧结即可制得高性能的复合材料制造工艺也可大致分为配料-成型-烧结-精加工等步骤。
直接氧化沉积法方法:将纤维预制体置于熔融金属上面,添加有镁、硅添加剂的熔融金属铝,在氧化气氛中,不断地浸渍预制体,在浸渍过程中,熔融金属或其蒸汽与气相氧化剂反应生成氧化物。
随着时间的延长,边浸渍边氧化,最终可制得纤维增强CMC。
优点:纤维几乎无损伤、纤维分布均匀、CMC性能优异,工艺简单、效率高成本低先驱体热解法方法:将单独合成的先驱体,通过加温调节其粘度,在高压-真空联合作用下使其浸入并充满多向纤维编织坯件的空隙,在高温下使先驱体热解。
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他增强材料组成的复合材料。
陶瓷基体
通常具有优异的耐高温、耐腐蚀和硬度等特性,而增强材料则可以进一步提升复合材料的力学性能。
由于其独特的性能和广泛的应用领域,陶瓷基复合材料受到了广泛的关注和研究。
首先,陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能。
由于陶瓷基体本身具有高熔点
和良好的热稳定性,因此陶瓷基复合材料可以在高温环境下保持稳定的性能,这使得它在航空航天、能源和化工等领域有着重要的应用。
例如,碳纤维增强碳化硅复合材料可以在高温高压下保持优异的力学性能,因此被广泛应用于航空发动机零部件的制造。
其次,陶瓷基复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
陶瓷基体通常具有优异的化学
稳定性,能够抵抗酸碱腐蚀和氧化腐蚀,而增强材料的加入可以进一步提升复合材料的抗腐蚀性能。
因此,陶瓷基复合材料在化工、海洋工程和环保设备等领域有着广泛的应用前景。
例如,氧化锆纤维增强氧化锆复合材料具有优异的耐腐蚀性能,被广泛应用于化工设备的制造。
此外,陶瓷基复合材料还具有优异的硬度和耐磨损性能。
陶瓷基体通常具有高
硬度和良好的耐磨损性,而增强材料的加入可以进一步提升复合材料的耐磨损性能。
因此,陶瓷基复合材料在汽车制造、机械加工和精密仪器等领域有着重要的应用。
例如,碳化硅纤维增强碳化硅复合材料具有优异的硬度和耐磨损性能,被广泛应用于机械零部件的制造。
综上所述,陶瓷基复合材料具有优异的耐高温、耐腐蚀和硬度等特性,具有广
泛的应用前景。
随着材料科学和工程技术的不断发展,相信陶瓷基复合材料将会在更多领域得到应用,并为人类社会的发展做出更大的贡献。
陶瓷基复合材料(CMC)第四节陶瓷基复合材料(CMC)1.1概述⼯程中陶瓷以特种陶瓷应⽤为主,特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度⾼以及耐腐蚀件好等特点,已⼴泛⽤于制做剪⼑、⽹球拍及⼯业上的切削⼑具、耐磨件、发动机部件、热交换器、轴承等。
陶瓷最⼤的缺点是脆性⼤、抗热震性能差。
与⾦属基和聚合物基复合材料有有所不同的,是制备陶瓷基复合材料的主要⽬的之⼀就是提⾼陶瓷的韧性。
特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了⼤量的断裂能量,使韧性得以⼤幅度提⾼。
表6—1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺⼨⼤⼩的⽐较。
很明显连续纤维的增韧效果最佳,其次为品须、相变增韧和颗粒增韧。
⽆论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较⼤提⾼,⽽且也使临界裂纹尺⼨增⼤。
陶瓷基复合材料的基体为陶瓷,这是⼀种包括范围很⼴的材料,属于⽆机化合物纳构远⽐⾦属与合⾦复杂得多。
使⽤最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等,它们普遍具有耐⾼温、耐腐蚀、⾼强度、重量轻和价格低等优点。
陶瓷材料中的化学键往注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。
碳纤维是⽤来制造陶瓷基复合材料最常⽤的纤维之⼀。
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,在1500霓的温度下,碳纤维仍能保持其性能不变,但对碳纤维必须进⾏有效的保护以防⽌它在空⽓中或氧化性⽓氛中被腐蚀,只有这样才能充分发挥它的优良性能。
其它常⽤纤维是玻璃纤维和硼纤维。
陶瓷材料中另⼀种增强体为晶须。
晶须为具有⼀定长径⽐(直径o 3。
1ym,长30—lMy”)的⼩单晶体。
从结构上看,晶须的特点是没有微裂纹、位偌、孔洞和表⾯损伤等⼀类缺陷,⽽这些缺陷正是⼤块晶体中⼤量存在且促使强度下降的主要原因。
在某些情况下,晶须的拉伸强度可达o.1Z(Z为杨⽒模量),这已⾮常接近⼗理论上的理想拉伸强度o.2Z。
陶瓷基复合材料介绍一、材料定义与特性陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,简称CMC)是一种以陶瓷为基体,复合增强体材料的高性能复合材料。
它具有高强度、高硬度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优异性能,被广泛应用于航空航天、汽车、能源、化工等领域。
二、基体与增强体材料陶瓷基体的主要类型包括氧化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼等,它们具有高熔点、高硬度、耐腐蚀等特性。
增强体材料主要包括纤维、晶须、颗粒等,它们可以显著提高陶瓷基体的强度和韧性。
三、制备工艺与技术陶瓷基复合材料的制备工艺主要包括:热压烧结法、液相浸渍法、化学气相沉积法、粉末冶金法等。
其中,热压烧结法和液相浸渍法是最常用的制备工艺。
四、增强纤维与基体的界面增强纤维与基体的界面是影响陶瓷基复合材料性能的关键因素之一。
为了提高材料的性能,需要优化纤维与基体的界面特性,包括润湿性、粘结性、化学稳定性等。
五、材料的应用领域陶瓷基复合材料具有广泛的应用领域,主要包括:航空航天领域的发动机部件、机载设备;能源领域的燃气轮机叶片、核反应堆部件;汽车领域的刹车片、发动机部件;化工领域的耐腐蚀设备、管道等。
六、发展现状与趋势随着科技的不断进步,陶瓷基复合材料的研究和应用不断深入。
目前,国内外研究者正在致力于开发低成本、高性能的陶瓷基复合材料,并探索其在更多领域的应用。
同时,研究者还在研究如何更好地控制材料的微观结构和性能,以提高材料的综合性能。
七、挑战与机遇尽管陶瓷基复合材料具有许多优异的性能,但它们的制备工艺复杂、成本高,且存在易脆性等挑战。
然而,随着科技的不断进步和新材料的发展,陶瓷基复合材料的成本逐渐降低,应用领域也在不断扩大。
同时,随着环保意识的提高和能源需求的增加,陶瓷基复合材料在能源和环保领域的应用前景广阔。
因此,陶瓷基复合材料在未来仍具有巨大的发展潜力。
陶瓷基复合材料引言。
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他增强材料组成的复合材料。
它具有优异的耐磨、耐腐蚀、高强度和高温稳定性等特点,因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、化工等领域。
本文将介绍陶瓷基复合材料的组成、性能和应用,并对其未来发展进行展望。
一、陶瓷基复合材料的组成。
陶瓷基复合材料通常由陶瓷基体和增强材料组成。
陶瓷基体可以是氧化铝、碳化硅、氮化硅等陶瓷材料,而增强材料则可以是碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒等。
这些材料通过复合加工技术,如热压、注射成型等,将陶瓷基体与增强材料紧密结合,形成具有优异性能的复合材料。
二、陶瓷基复合材料的性能。
1. 耐磨性,陶瓷基复合材料具有优异的耐磨性,可以在高速、高负荷条件下保持较长的使用寿命,因此被广泛应用于机械设备的零部件制造。
2. 耐腐蚀性,由于陶瓷基复合材料具有优异的化学稳定性,可以在酸、碱等腐蚀性介质中长期稳定运行,因此在化工领域得到广泛应用。
3. 高强度,陶瓷基复合材料在高温、高压条件下依然保持优异的强度和刚性,因此被广泛应用于航空航天领域。
4. 高温稳定性,陶瓷基复合材料在高温条件下依然保持稳定的性能,因此被广泛应用于发动机、燃气轮机等高温设备的制造。
三、陶瓷基复合材料的应用。
1. 航空航天领域,陶瓷基复合材料被广泛应用于航空发动机、航天器外壳等高温、高压零部件的制造。
2. 汽车制造领域,陶瓷基复合材料被应用于汽车刹车片、离合器片等零部件的制造,以提高其耐磨性和耐高温性能。
3. 化工领域,陶瓷基复合材料被应用于化工设备的制造,以提高其耐腐蚀性和耐高温性能。
四、陶瓷基复合材料的发展展望。
随着科学技术的不断进步,陶瓷基复合材料将会在性能和应用范围上得到进一步提升。
未来,我们可以期待陶瓷基复合材料在新能源领域、生物医药领域等新兴领域的广泛应用,为人类社会的发展做出更大的贡献。
结论。
陶瓷基复合材料具有优异的耐磨、耐腐蚀、高强度和高温稳定性等特点,因此在航空航天、汽车制造、化工等领域得到广泛应用。
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和增强相组成的新型材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温、耐磨损、耐腐蚀性能,因此在航空航天、汽车制造、机械制造等领域有着广泛的应用。
本文将从材料特性、制备工艺、应用领域等方面对陶瓷基复合材料进行介绍。
首先,陶瓷基复合材料的材料特性是其具有的重要特点之一。
陶瓷基复合材料具有高温强度高、热震稳定性好、耐磨损、耐腐蚀等优异性能。
这些特性使得陶瓷基复合材料在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下能够发挥出色的性能,因此在航空航天领域得到了广泛的应用。
其次,陶瓷基复合材料的制备工艺是影响其性能的重要因素之一。
陶瓷基复合材料的制备工艺包括原料的选择、配比、成型、烧结等多个环节。
其中,原料的选择和配比直接影响着复合材料的成分和性能,而成型和烧结工艺则决定了复合材料的内部结构和组织。
因此,制备工艺的优化对于提高陶瓷基复合材料的性能具有重要意义。
最后,陶瓷基复合材料在航空航天、汽车制造、机械制造等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域,陶瓷基复合材料被用于制造发动机涡轮叶片、导向器、复合材料轴承等部件,以提高其耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能。
在汽车制造领域,陶瓷基复合材料被用于制造发动机零部件、刹车盘、离合器等,以提高汽车的性能和安全性。
在机械制造领域,陶瓷基复合材料被用于制造轴承、密封件、刀具等,以提高机械设备的使用寿命和性能。
总之,陶瓷基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步,陶瓷基复合材料将在更多领域得到应用,并为人类社会的发展做出更大的贡献。
陶瓷基复合材料综述陶瓷基复合材料是指以陶瓷材料为基体,通过添加其他材料或者通过热处理等方式形成的一种具有复合结构的新型材料。
陶瓷基复合材料具有许多优异的性能,包括高温稳定性、高硬度、高抗磨损性和良好的化学稳定性等。
本文将对陶瓷基复合材料的制备方法、性能以及应用方面进行综述。
一、陶瓷基复合材料的制备方法陶瓷基复合材料的制备方法可以分为两大类:一种是在陶瓷基体中添加其他材料,如纳米颗粒、纤维、碳纳米管等;另一种是通过热处理等方式改变陶瓷基体的结构和性能。
其中,添加其他材料的方法主要包括浸渍法、溶胶凝胶法、等离子熔融法等;热处理方法主要包括烧结、热压、热等静压等。
二、陶瓷基复合材料的性能陶瓷基复合材料具有许多独特的性能,其主要包括高温稳定性、高硬度、高抗磨损性和良好的化学稳定性。
其中,高温稳定性是指材料在高温下仍然能够保持物理和化学性能的稳定性。
高硬度则是指材料的硬度较高,能够抵抗外界的划痕和磨损。
高抗磨损性则是指材料能够在摩擦和磨损等条件下保持其表面的完整性和光洁度。
化学稳定性则是指材料对酸、碱、盐等化学介质的稳定性较好,不易发生腐蚀和溶解。
三、陶瓷基复合材料的应用方面由于陶瓷基复合材料具有优异的性能,因此在许多领域都得到了广泛的应用。
其中,陶瓷基复合材料在航空航天领域中被广泛应用于火箭发动机喷管、刹车盘等高温部件中。
此外,在能源领域,陶瓷基复合材料可以用于制备高效的催化剂、光催化剂和固态电解质等。
在汽车制造领域,陶瓷基复合材料可以应用于汽车刹车系统、传动系统和发动机部件等。
此外,陶瓷基复合材料还可以用于制备耐磨、耐蚀和高温结构件,如轴承、密封件和切割工具等。
综上所述,陶瓷基复合材料具有许多优异的性能,包括高温稳定性、高硬度、高抗磨损性和良好的化学稳定性等。
通过添加其他材料或者通过热处理等方式改变陶瓷基体的结构和性能,可以制备出具有不同功能和应用的陶瓷基复合材料。
由于其广泛的应用前景,陶瓷基复合材料在材料科学领域中受到了广泛的研究和开发。
陶瓷基复合材料论文2015年5月5日摘要:陶瓷基复合材料主要以高性能陶瓷为基体.通过加入颗粒、晶须、连续纤维和层状材料等增强体而形成的复合材料。
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。
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。
关键词:陶瓷基复合材料基体增强体强韧化机理制备技术前言:陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。
陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。
这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能,而其致命的弱点是具有脆性,处于应力状态时,会产生裂纹,甚至断裂导致材料失效。
而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合,则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。
纤维能阻止裂纹的扩展,从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能,主要用作高温及耐磨制品。
其最高使用温度主要取决于基体特征。
正文一、陶瓷基复合材料基本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。
目前常用的晶须是S iC和A12O3,常用的基体则为Ai2O3,ZrO2,Si02,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而均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。
常用的颗粒也是SiC、SisN’和A H O S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。
二、陶瓷基复合材料的结构性能(1)陶瓷能够很好地渗透进纤维点须和颗粒增强材料;(2)同增强材料之间形成较强的结合力;(3)在制造和使用过程中同增强纤维间没有化学反应;(4)对纤维的物理性能没有损伤;(5)很好的抗蠕变、抗冲击、抗疲劳性能;(6)高韧性;(7)化学稳定性,具有耐腐蚀、耐氧化、耐潮湿等化学性能1.陶瓷基复合材料的基体陶瓷基复合材料的基体为陶瓷,这是一种包括-范围很广的材料,属于无机化合物。
现代陶瓷材料的研究,最早是从对硅酸盐材料的研究开始的,随后又逐步扩大到了其他的无机非金属材料。
目前被人们研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等,它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。
2.瓷基体的种类陶瓷基体材料主要以结晶和非结晶两种形态的化合物存在,按照组成化合物的元素不同,又可以分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。
此外,还有一些会以混合氧化物的形态存在。
1)氧化物陶瓷基体(1 )氧化铝陶瓷基体以氧化铝为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷,氧化铝仅有一种热动力学稳定的相态。
氧化铝陶瓷包括高纯氧化铝瓷,99氧化铝陶瓷,95氧化铝陶瓷,8 5氧化铝陶瓷等。
(2)氧化鉛陶瓷基体以氧化箔为主要成分的陶瓷称为氧化钳陶瓷。
氧化铅密度5. 6 -5.9g/cm3,熔点2 175°C。
稳定的氧化悔陶瓷的比热容和导热系数小, 韧性好,化学稳定性良好,高温时具有抗酸性和抗碱性。
2)氮化物陶瓷基体(1)氮化硅陶瓷基体以氮化硅为主要成分的陶瓷称氮化硅陶瓷,氮化硅陶瓷有两种形态。
此外氮化硅还具有热膨胀系数低,优异的抗冷热聚变能力,能耐除氢氟酸外的各种无机酸和碱溶液,还可耐熔融的铅、锡、镰、黄钢、铝等有色金属及合金的侵蚀且不粘留这些金属液。
(2)氮化硼陶瓷基体以氮化硼为主要成分的陶瓷称为氯化硼陶瓷。
氮化硼是共价键化合物3)碳化物陶瓷基体以碳化硅为主要成分的陶瓷称为碳化硅陶瓷。
碳化硅是一种非常硬和抗磨蚀的材料,以热压法制造的碳化硅用来作为切割钻石的刀具。
碳化硅还具有优异的抗腐蚀性能,抗氧化性能(1)碳化硼陶瓷基体以碳化硼为主要成分的陶瓷称为碳化硼陶瓷。
碳化硼是一种低密度、高熔点、高硬度陶瓷。
碳化硼粉末可以通过无压烧结、热压等制备技术形成致密的材料。
3.陶瓷复合材料的增强体陶瓷基复合材料中的增强体,通常也称为增韧体。
从几何尺寸上增强体可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。
1)纤维纤维类增强体有连续长纤维和短纤维。
连续长纤维的连续长度均超过数百。
纤维性能有方向性,一般沿轴向均有很高的强度和弹性模量。
2)颗粒颗粒类增强体主要是一些具有高强度、高模量。
耐热、耐磨。
耐高温的陶瓷等无机非金属颗粒,主要有碳化硅、氧化铝、碳化钛、石墨。
细金刚石、高岭土、滑石、碳酸钙等。
主要还有一些金属和聚合物颗粒类增强体,后者主要有热塑性树脂粉末。
3)晶须晶须是在人工条件下制造出的细小单晶,一般呈棒状,其直径为0.2~1微米,长度为几十微米,由于其具有细小组织结构,缺陷少, 具有很高的强度和模量。
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,己有了这方面的研究工作,如使用S i Cw与ZrO2来共同增韧,用SiCw与SiCp来共同增韧等。
4 •陶瓷基复合材料增强体分布1.纤维增强陶瓷基复合材料1)单向排布长纤维复合材料当外加应力进一步提高时,由于基体与纤维间的界面离解,同时又由于纤维的强度高于基体的强度,从而使纤维从基体中拔出。
当拔出的长度达到某一临界值时,会使纤维发生断裂。
因此,裂纹的扩展必须克服由于纤维的加入而产生的拔出功和纤维断裂功,这样,使得材料的断裂更为困难,从而起到了增韧的作用。
2)多向排布纤维增韧复合材料单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维排列方向上的纵向性能较为优越,而其横向性能显著低于纵向性能,所以只适用于单轴应力的场合。
而许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向上均具有优良的性能,这就要进一步研究多向排布纤维增韧陶瓷基复合材料。
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。
5・陶瓷基复合材料的界面和强韧化机理1)界面的粘结形式(1 )机械结合(2)化学结合陶瓷基复合材料往往在高温下制备,由于增强体与基体的原子扩散,在界而上更易形成固溶体和化合物。
此时其界面是具有一定厚度的反应区,它与基体和增强体都能较好的结合,但通常是脆性的。
2 )界面的作用陶瓷基复合材料的界而一方面应强到足以传递轴向载荷并具有高的横向强度;另一方而要弱到足以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出。
3)界面性能的改善在实际应用中,除选择纤维和基体在加工和使用期间能形成稳定的热力学界而外,最常用的方法就是在与基体复合之前,往增强材料表面上沉积一层薄的涂层。
6 •陶瓷的断裂韧性及裂纹类型陶瓷有很高的强度,但是它同样有较低的断裂韧性。
陶瓷断裂韧性低的主要原因是在它内部存在着各种裂纹;陶瓷的裂纹类型有:(1)加工过程中产生的裂纹;(2)产品设计导致产生的裂纹;(3)使用过程中产生的裂纹;三、瓷基复合材料的制备技术陶瓷基复合材料的制造通常分为两个步骤:第一步是将增强材料渗入未固结(成粉木状)的基体材料排列整齐或混合均勾;第二步是运用各种加工条件在尽量不破坏增强材料和基体行能的前提下制成复合材料制品。
1.粉末冶金法制备工艺过程:原料(陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂)均匀混合(球磨、超声等)冷压成形(热压)烧结。
关键是均匀混合和烧结过程防止体积收缩而产生裂纹。
2•浆体法(湿态法)为克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题,采用浆体(湿态)法制备陶瓷基复合材料。
其混合体为浆体形式,混合体中各组元保持散凝状,即在浆体中呈弥散分布。
这可通过调整水溶液的PH值来实现。
对浆体进行超声波震动搅拌可进一步改善弥散性。
弥散的浆体可直接浇铸成型或热(冷)压后烧结成型。
适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料。
采用浆体浸渍法可制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料。
纤维分布均匀,气孔率低。
3•反应烧结法用反应烧结法制备陶瓷基复合材料,除基体材料几乎无收缩外, 还具有以下优点:增强剂的体积比可以相当大;可用多种连续纤维预制体;大多数陶瓷基复合材料的反应烧结温度低于陶瓷的烧结温度,因此可避免纤维的损伤。
反应烧结法最大的缺点是高气孔率难以避免。
4・液态浸溃法用此方法制备陶瓷基复合材料,化学反应、熔体粘度、熔体对增强材料的浸润性是首要考虑的问题,直接影响材料的性能。
陶瓷熔体可通过毛细作用渗入增强剂预制体的孔隙。
施加压力或抽真空将有利于浸渍过程。
5 •直接氧化法按部件形状制备增强体预制体,将隔板放在其表面上以阻止基体材料的生长。
熔化的金属在氧气的作用下发生直接氧化反应形成所需的反应产物。
由于在氧化产物中的空隙管道的液吸作用,熔化金属会连续不断地供给到生长前沿。
6.溶胶-凝胶(Sol・Gel)法溶胶(S o 1 )是由化学反应沉积而产生的微小颗粒(10 0 nm) 的悬浮液;凝胶(Gel)是水分减少的溶胶,即比溶胶粘度大的胶体。
S ol-Gel法是指金属有机或无机化合物经溶液、溶胶、凝胶等过程而固化,再经热处理生成氧化物或其它化合物固体的方法。
该方法可控制材料的微观结构,使均匀性达到微米、纳米甚至分子量级水平。
使用这种方法,可将各种增强剂加入,基体溶胶中搅拌均匀,当基体溶胶形成凝胶后,这些增强组元稳定、均匀分布在基体中,经过干燥或一定温度热处理,然后压制烧结形成相应的复合材料。
四、陶瓷基复合材料的应用陶瓷材料具有耐高温、高强度、高硬度及耐腐蚀性好等特点,但其脆性大的弱点限制了它的广泛应用。
随着现代高科技的迅猛发展,要求材料能在更高的温度下保持优良的综合性能。
陶瓷基复合材料可较好地满足这一要求。
它的最高使用温度主要取决于基体特性,其工作温度按下列基体材料依次提高:玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、碳素材料,其最高工作温度可达1 9 00 °Co陶瓷基复合材料己实用化或即将实用化的领域包括:刀具、滑动构件、航空航天构件、发动机制件、能源构件等。