陶瓷材料的超塑性

陶瓷材料的力学性能陶瓷材料陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。

金属：金属键高分子：共价键（主价键）范德瓦尔键（次价键）陶瓷：离子键和共价键。

普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。

工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。

工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。

硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。

常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。

一、陶瓷材料的结构和显微组织1、结构特点陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。

可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。

如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料”2、显微组织晶体相，玻璃相，气相晶界、夹杂（种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。

（可通过热处理改善材料的力学性能）陶瓷的分类玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃陶瓷—普通陶瓷日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔……特种陶瓷-电容器，压电，磁性，电光，高温……金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工……玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷…2.陶瓷的生产(1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物）(2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形）(3)烧成或烧结3. 陶瓷的性能(1)硬度是各类材料中最高的。

（高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV）(2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢MN/m2)(3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。

2 （E/1000--E/100）。

样， 由于结 构和键性的原 因 ， 滑移 系统少 ， 位错产 生和运 动
结构超塑性又称细 晶超 塑性 ，能产生结构 超塑性的陶瓷材料 包括离子键多晶体 和共 价键 多晶体 、单相 陶瓷和多相复合陶 高 ， 且难 以保证质量 。为了扩大 Ａｌ 陶瓷的应用范 围 ， 并 Ｏ。 必 瓷 ， 中以 Ｙ－ Ｚ 其 Ｔ Ｐ最为典型 。 须更好地解决 Ａ２。 ｌ 陶瓷的加工 与成形工艺 问题 ，由此产生 ０ 产生超塑 性变形 的两 个先决 条件 是嘲 （） 伸 塑性稳 定 ：１ 拉 性， 即不过早产生 明显颈缩 ； ） （ 有效压 制空洞和 晶界分离 。晶 ２ 了 Ａｌ 。 陶瓷的超塑性研 究。 Ｏ （ 由于超 １ 已经证实 ， 一些细晶陶瓷材料在较高的温度 下， 可以具有 体 材料要 具有超塑性 还必 须具 备以下 重要要求 ｍ： ） 定的塑性 。超塑性指 的是多 晶陶瓷在拉应 力下显示异常高 塑性过程受扩散控制 ， 因此 实验温度应足够 高 ， 以便扩散足够 的延伸率 的能力 ， 断裂 前无 明显颈缩发生 。 陶瓷材料超塑性研 快。 实际试验温度通常要达到材料熔 化温度一半以上 ； ） （ 晶粒 ２
超塑性 行为及其最新研究进展 。
收稿 日 ：０ ５ １— ７ 期 ２０ — １ １ 作者 简介 ： 斌 ， ， 杨 男 硕士生
真 实 应 变， ｓ
图 １ —Ｚ Ｙ Ｔ Ｐ陶瓷真实应 力一真 实应变 曲线
（＝ Ｅ５×１ － ～Ｔ Ｉ ５ ℃ ） ０＇ ，＝ ５ Ｏ ｓ
Ｆ ｇ １ Ｃｕ ｖ ｓ ｏ ｔａ ｎ ｒ ｔ Ｓ ｓ ｒ ｓ ｆ ＴＺＰ ｃ ｒ ｍ ｉｓ ｉ． ｒ ｅ ｆｓ ｒ ｉ ａ ｅ Ｖ ｔ ｓ ｏｒ ｅ Ｙ— ｅａ ｃ
维普资讯 ຫໍສະໝຸດ ２０ ０ ６年 第 ２期

1.1超塑性的概念超塑性是指材料在特定条件下，表现出异常高的塑性而不产生缩颈与断裂的现象。

但至今还没有从物理本质上确实切定义。

有的以拉伸试验的延伸率来定义，认为 >200%即为超塑性；有的以应变速率敏感性指数m来定义，认为m>0.3，即为超塑性；还有的认为抗颈缩能力大，即为超塑性。

1.2超塑性的分类根据目前世界上各国学者研究的成果，按照实现超塑性的条件〔组织，温度，应力状态等〕可将超塑性分为三类：1.微晶组织超塑性〔即恒温超塑性或构造超塑性〕一般所指超塑性多属这类，它是国内外研究最多的一种。

当材料是微细的等轴晶粒组织，间距为0.5一5μm，温度大于该材料熔点温度的一半，应变速度为10-4一10-1/s之间时，材料拉伸断裂将呈现超塑性变形的能力。

2.相变超塑性〔变温超塑性或动态超塑性〕将材料在相变温度附近进展热循环，利用相变过程，每一次热循环奉献一小的应变，从而在屡次热循环过程中获得大的延伸率。

3.内应力超塑性和相变超塑性一样进展热循环，利用材料的热膨胀系数的差异产生内应力，内应将有助于基体的塑性流动，从而使材料获得超塑性。

1.3超塑性的特点金属塑性成形时宏观变形有几个特点:大延伸、无缩颈、小应力、易成形。

〔1〕大变形：超塑性材料在单向时延伸率极高，有的可以到8000%说明超塑性材料在变形稳定性方面要比普通材料好很多。

这样使材料的成形性能大大改善，可以使许多形状复杂，一般难以成形的材料变形成为可能。

〔2〕无紧缩：超塑性材料的变形类似于粘性物质的流动，没有〔或很小〕应变硬化效应，但对应变速率敏感，当变形速度增大，材料会强化。

因此，超塑性材料变形时初期有紧缩形成，但由于紧缩部位变形速度增大而发生局部强化，而其余未强化局部继续变形，这样使紧缩传播出去，结果获得巨大的宏观均匀变形。

超塑性的无紧缩是指宏观上的变形结果，并非真的没有紧缩。

〔3〕小应力：超塑性材料在变形过程中，变形抗力可以很小，因为它具有粘性或半粘性流动的特点。

就我看超塑性成型技术的发展早在1920年，德国W.Rosenhain等人将冷轧后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候，发现这种脆性材料被弯成180°而未出现裂纹，它和普通晶体材料大不相同。

他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象，可能是由于加工产生了非晶质。

1934年，英国C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。

这种合金的挤压材料很脆，容易破裂，可是C.E.pearson将其缓慢拉伸，得到了伸长率为2000%的试样。

很奇怪的是这种慢速大延伸的金属，在落地实验中呈脆性断裂，这是一个更大的发现，在当时虽然引起了一部分人的强烈反响，但在第二次世界大战的却被搁置了。

第二次世界大战后，前苏联科学家对金属的异常延伸现象进行了系统研究，用Zn-Al共析合金在高温拉伸试验中得到异常的伸长率，并应用于“超塑性”这个词汇。

1962年，美国E.E.Underwood发表了一篇评论解说性文章，从冶金学的角度分析了实现超塑性成形的可能性、条件及基本原理。

人们评价这篇文章是超塑性研究的总结。

从此超塑性研究引起了人们越来越多的重视。

到目前为止，还不能给超塑性下一个确切的、科学的定义。

人们从各种角度粗略的定义为，金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的伸长率而不产生紧缩与断裂现象的性能称为超塑性。

其伸长率可超过100%以上，如钢的伸长率超过500%，纯钛超过300%，铝锌合金超过1000%。

目前常用的超塑性成形的材料主要有铝合金、镁合金、低碳钢、不锈钢及高温合金等。

材料超塑现象的出现是有条件的，既要有材料本身的内在因素，也要有变形时的环境条件。

首先材料本身最好是两相组织的共析或共晶合金，经过一定的处理后其结晶应是等轴、球形、细晶粒组织，晶粒尺寸一般不大于10&micro;m（1&micro;m=10-3mm）即d≤10&micro;m，愈细愈好。

这些材料原是指为实现超塑性而专门研制的合金，如锌合金中的Zn-22%A1、Zn-5%A1，铝合金中的A1-6%Cu-Zr 合金。

陶瓷材料的超塑性加工
塑性是指材料在外力作用下产生永久变形的能力，而超塑性是指材料在特定条件下，呈现出异常低的变形抗力和异常高的流变能力。

 不同材料具有不同的塑性变形能力，例如我们小时候玩的泥巴，小孩只需要用很小的力，就能随心所欲改变泥巴的形状，而装饮料的塑料瓶，要改变其形状却没那么容易，于是我们认为，泥巴的塑性比塑料瓶更好。

在材料加工过程中，我们理所当然地希望材料的塑性能够尽量地好，这样我们易于获得各种复杂形状的材料。

金属材料一般都具有良好的塑性，因此可以采用诸如锻造、冲压等塑性加工方法实现材料的成形。

 图1 塑性加工方法可以实现金属的异形件生产，作为脆性材料的陶瓷若能实现塑性加工，那么可以方便制造出各种复杂形状的零件，在实现近净成形的同时提高力学性能
 （图片陶瓷材料在传统意义上被认为是和砖、岩石等建筑材料一样的脆性材料，其塑性变形的能力很差，但是由于陶瓷热稳定性好、硬度高、耐磨耐腐蚀等特性，人们一直试图突破千百年来陶瓷材料自身塑性的限制，希望能够利用陶瓷的超塑性变形特性，使其像金属一样可以采用塑性加工手段制成精密尺寸的陶瓷零件。

 布加迪威龙推动着陶瓷在汽车工业上的应用，其推出了一款大量采用陶瓷材料的豪车，售价高达4500万元。

陶瓷材制相对于传统的金属材料，显然更轻，这样必然实现了汽车轻量化。

对于这种豪车级别的买主，车身轻量化显然不是为了节能减排，而是在追求华丽外表的同时，突破速度的极限。

据悉，该款布加迪威龙百公里的加速度只有2.5秒。

不过，陶瓷材料势。

1.1超塑性的概念 超塑性是指材料在特定条件下，表现出异常高的塑性而不产生缩颈与断裂的现象。但至今还没有从物理本质上的确切定义。有的以拉伸试验的延伸率来定义，认为>200%即为超塑性；有的以应变速率敏感性指数m来定义，认为m>0.3，即为超塑性；还有的认为抗颈缩能力大，即为超塑性。 1.2超塑性的分类 根据目前世界上各国学者研究的成果，按照实现超塑性的条件（组织，温度，应力状态等）可将超塑性分为三类： 1.微晶组织超塑性（即恒温超塑性或结构超塑性）一般所指超塑性多属这类，它是国内外研究最多的一种。当材料是微细的等轴晶粒组织，间距为0.5一5μm，温度大于该材料熔点温度的一半，应变速度为10-4一10-1/s之间时，材料拉伸断裂将呈现超塑性变形的能力。 2.相变超塑性（变温超塑性或动态超塑性） 将材料在相变温度附近进行热循环，利用相变过程，每一次热循环贡献一小 的应变，从而在多次热循环过程中获得大的延伸率。 3.内应力超塑性 和相变超塑性一样进行热循环，利用材料的热膨胀系数的差异产生内应力， 内应将有助于基体的塑性流动，从而使材料获得超塑性。 1.3超塑性的特点 金属塑性成形时宏观变形有几个特点:大延伸、无缩颈、小应力、易成形。 （1）大变形：超塑性材料在单向时延伸率极高，有的可以到8000%表明超塑性材料在变形稳定性方面要比普通材料好很多。这样使材料的成形性能 大大改善，可以使许多形状复杂，一般难以成形的材料变形成为可能。 （2）无紧缩：超塑性材料的变形类似于粘性物质的流动，没有（或很小）应 变硬化效应，但对应变速率敏感，当变形速度增大，材料会强化。因此， 超塑性材料变形时初期有紧缩形成，但由于紧缩部位变形速度增大而发 生局部强化，而其余未强化部分继续变形，这样使紧缩传播出去，结果 获得巨大的宏观均匀变形。超塑性的无紧缩是指宏观上的变形结果，并 非真的没有紧缩。 （3）小应力：超塑

ＳＳ Ｓ Ｓ— Ｇ ｎｓ ｐ Ｍｇ ｎ ） ｆ （ Ｚ ａ Ｐ ｚ ｅ — ｌ（ Ｚ ａ 一 ｉ Ｍｇ ｎ ） ｏ ２
图 １ Ｍｇ ｒ —Ｚ 二元 合金相图［】
Ｍ ｇ Ｚｎ ａ ３
一
２ Ｍｇ—Ｚ 系和 Ｍｇ—Ｚ ｎ ｎ—Ｚ ｒ系
这里 ，Ｓ Ｓ表示 过 饱 和 固溶 体 （ ＳＳ 以下 同 ）其 中 ， ；
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第 ６期
张
静等 ： 含锆 镁合金系 中的合 金相
５ １
注 ：ａ 取 自 Ａ ＴＭ ０ ｂ 取 自 Ｃ Ａ Ｆ ５ ｃ取 自 ｃ Ａ ＦＧ． ；（ ） 自 Ａ ＴＭ ７ 。 其 它 铸 造 合 金 均 取 自 Ａｓ Ｍ Ｂ９ ；其 它 变 形 合 （） Ｓ Ｂ８ ；（ ） Ｓ Ｉ ；（ ） Ｇ． ｓ Ｉ ９ ｄ取 Ｓ ２５ ｒ ３ 金 均取 自 Ａ ｒ Ｂ２ ５ ｓ Ｍ ７ 。未 指 明 时 ， 均指 最 大 含 量 。
ＧＰ 区 呈 圆 盘 状 ， 基 体 完 全 共 格 ， 平 行 于 与 盘
０ ０ Ｓ ８ 呈 ｌ 与基 体 完 全共 格 ， 垂 直 于 棒 锌是 镁 合金 中重要 的 合金 元 素 。 锌在 镁 中 的 固 ｛０ １ Ｍ ；ｌ 棒 状 ，
０ ０ ｝ 密排 六 方 结 构 ， ＝０ ５ ｎ Ｓ ａ ．２ ｍ，ｃ ．５ ｍ； ＝０ ８ ｎ 溶度 为 ６２ ， 了 起 固 溶 强 化 作 用 外 ， 效 硬 化 也 ｛０ １Ｍ ； ．％ 除 时
能使 其 溶 解 或 破 碎 ， 时化 合 物 的 形成 使 固 相 线 温 同 度 降低 ， 而 降 低 了时 效 前 的 固 溶 处 理 效 果 ， 从 因此 ， 通 过一 般 的固溶 处理 不 能 明显 地 提 高 合 金 的 力 学性 能 。含 钍化 合 物 脆 性 较 小 ， 合 金 力 学性 能 的降 低 对

一．名词解释1.相变超塑性：靠陶瓷在承载时的温度循环产生相变来使材料获得超塑性。

2.组织超塑性：靠特定的组织结构在恒定的应变速率下获得超塑性。

3.抗热震性：陶瓷材料抵抗温度变化能力的大小。

4.玻璃的晶化：玻璃结构由长程无序结构的玻璃态转变成规则点阵结构的晶态的相变过程(析晶、失透、反玻化)。

5.均匀成核：在宏观均匀的玻璃中，在没有外来物参与，与相界、结构缺陷等无关的成核过程，又称为本征成核或自发成核。

6.非均匀成核：依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程，又称为非本征成核。

7.自由度数：在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。

8.组分：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学均匀物质。

9.独立组分数(c)：决定一个相平衡系统成分所必需的最少的组分数。

10.相：相是体系中具有相同物理与化学性质的均匀部分的总和，相与相之间有界面，各相可以用机械方法加以分离，越过界面时性质发生突变。

11.形核率：单位时间，单位体积内所形成的晶核数目。

12.调幅分解：又称为增幅分解或拐点分解，它是一种特殊的固溶体析出形式，其特点是相变时不需要形核过程，而是通过自发的浓度起伏，浓度振幅不断增加，最终固溶体分解为浓度相同而结构不同的两相，即一部分为溶质原子富集区，另一部分为溶质原子贫化区。

13.相转变：指因温度或应力的变化引起晶体结构的变化。

通过分散相的体积变化可以向裂缝表面施加一个压缩应力，从而阻止裂缝增长，故成为一种增韧机理。

主要发生相转变的陶瓷是氧化锆及氧化锆与氧化铝的混合物。

二．简答1.陶瓷的晶体结构？答：（1）面心立方密堆结构；（2）六方密堆结构；（3）体心立方密堆结构。

2.离子晶体及其构成（离子半径）？答：1）原子序数相近时，阴离子半径大于阳离子半径；2）同一周期阳离子价数越大，离子半径越小；3）同一周期阴离子，价数越大，离子半径越大；4）变价元素离子，价数越大，离子半径越小；5）同价离子原子序数越大，离子半径越大。

第5章
陶瓷材料的力学性能
引言
陶瓷广泛应用于我们的日常生活中，如建筑材料、饮 食餐具等以及国家战略战备设施，如武器装备、航天领 域上。 传统的陶瓷制品以天然粘土为原料，通过混料、成型、 烧结而成，性能特点是强度低，脆性高。 目前研究的陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷。
结构陶瓷
主要利用的是材料的耐高温、强度、硬度、韧性、耐磨
（2）相变增韧
必要条件 有亚稳的四方氧化锆颗粒存在
t相的晶粒尺寸是影响 t-m相变的一个重要因素，Ms点随 晶粒尺寸的减少而降低。氧化锆的室温组织存在一个临 界粒径dc，ddc的晶粒室温下已经转变成m相；ddc的晶 粒冷却到室温仍保留为 t 相。所以只有 ddc 的晶粒才有 可能（但不一定）产生相变韧化作用。 当裂纹尖端应力场最高值一定的情况下，应力诱发 t-m 相变存在一个临界晶粒直径d1。只有d1ddc的晶粒才会 应 力 诱 发 相 变 （ stress induced phase transformation），即这部分晶粒才对相变韧化有贡献。
• 表5.2（P111）给出了试验规程及计算公式。 • 表5.4（P111）是劳氏硬度和维氏硬度的对比情况。
三、克劳维尔硬度
四、硬度与其它性能之间的关系
• 图5.5
五、陶瓷材料的表面接触特性
• 1、与金属材料相同，陶瓷材料表面也存在 局部微凸起，其外侧常有水蒸气或碳-氢化 合物形成的表面层，陶瓷材料表面加工还 可以产生显裂纹或其他缺陷。
• 图5.20。
（2）共价键型陶瓷材料
• 图5.21。
3、加载速率对陶瓷强度的影响
• 图5.22。
第五节 陶瓷材料的断裂韧性
一、陶瓷材料的断裂韧性
一、陶瓷材料的断裂韧性
二、陶瓷材料的断裂韧性的测定

材料的超塑性及其变形机理专业：材料工程学号：2012177姓名：孙宇材料的超塑性及其变形机理1.材料超塑性的定义超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。

超塑性是一种奇特的现象。

具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。

金属的超塑性现象，是英国物理学家森金斯在1928年发现的，他给这种现象做如下定义：凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米/秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。

超塑性材料是指：具有相对细小的晶粒（20微米-30纳米）的金属、陶瓷等，其晶粒分布可以是均匀或不均匀的，且晶粒或相的形状、尺寸或取向具有各向异性或各相同性。

2.超塑性及其宏观变形特征通常认为超塑性是指材料在拉伸条件下，表现出异常高的伸长率而不产生缩δ100％时，即可称为超塑性。

实际上，有的超塑材颈与断裂现象。

当伸长率≥料其伸长率可达到百分之几百，甚至达到百分之几千，如在超塑拉伸条件下Sn-Bi 共晶合金可获得1950％的伸长率，Zn-AI共晶合金的伸长率可达3200％以上。

也有人用应变速率敏感性指数m值来定义超塑性，当材料的m值大于0．3时，材料即具有超塑性。

金属材料在超塑性状态下的宏观变形特征，可用大变形、小应力、无缩颈、易成形等来描述。

1) 大变形超塑性材料在单向拉伸时伸长率占极高，目前已有占达8000％以上的报道。

超塑性材料塑性变形的稳定性、均匀性要比普通材料好得多，这就使材料成形性能大为改善，可以使许多形状复杂，难以成形构件的一次成形变为可能。

2) 小应力材料在超塑性变形过程中的变形抗力很小，它往往具有粘性或半粘性流动的特点，在最佳超塑变形条件下，超塑流变应力σ通常是常规变形的几分之一乃至几十分之一。

例如，Zn-22％Al合金在超塑变形时的流动应力不超过2MPa，钛合金板料超塑成形时，其流动应力也只有几十兆帕甚至几兆帕。

先进陶瓷是为了满足科学技术(特别是电子技术、计算机技术、空间技术、海洋工程技术)的迅速发展而发展起来的一种有特殊性能的材料。

这些采用优化配方和精细生产工艺制造的新陶瓷具有优良的机械、物理等性能，其中许多性能是金属材料无法比拟的。

在不同的国家和不同的专业领域，这类陶瓷有不同的名称，如美国称之为特种陶瓷、先进陶瓷；日本称之为精细陶瓷；我国则称之为工程陶瓷、高性能陶瓷。

依据使用性能可将这类陶瓷分为功能陶瓷、生物陶瓷、结构陶瓷等类型。

功能陶瓷是指那些具有电、磁、声、光、热、力及部分化学功能(这些功能可以是直接效应，也可以是耦合效应)的陶瓷[1]。

生物陶瓷是指用于生物医学和生物化学工程领域的各种陶瓷。

结构陶瓷是指具有力学、机械性能和部分热学、化学功能，用于制造机械工程零部件的工程陶瓷。

吉林大学超塑性与塑性研究所在其以往关于超塑性变形以及成形规律研究的基础上以及国家自然科学基金的资助下，正在开展硬脆性材料超塑性的研究。

为此，在完善实验手段的同时，汇集、分析了结构陶瓷超塑性研究方面的文献资料并写出本文，旨在与该领域的专家切磋、交流。

国内的同行专家张凯峰嘲、胡士廉嘲、叶建东Ⅲ、韩秉强嘲、王零森‘63和谢征芳[71等的综述性文章对本文作者很有启发。

结构陶瓷在先进陶瓷中占有最大比例和重要位置。

这类陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐冲刷等一系列优异性能，可以承受金属材料和有机高分子材料难以承受的苛刻工作环境，常常成为许多新兴科学技术得以实现的关键因素。

由于结构陶瓷经常在高温下使用，因而也常被称为高温结构陶瓷，依据在工作温度下的使用情况将其大致分两类[8]：一类是在大热流和1500 ℃高温下短时间(几秒到几十分钟)使用，如用于洲际导弹的端头、回收人造卫星的前缘、火箭尾喷管喉衬和航天飞行器外蒙皮等；另一类是在中等热流和1200℃以上1500℃以下的高温下长时间(几百到数千小时)使用。

主要用于能源工程，作为各种新型热机(燃气轮机、绝热柴油机)中的耐热、耐磨部件，如燃烧室、活塞顶、涡轮转子、汽缸套等；也被广泛用于汽车、机械、石油化工、纺织等工业领域的耐热、耐磨损、耐腐蚀部件，如各种泵用的密封材料、轴承及轴套等。

《Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料常温弹塑性性能研究》篇一一、引言陶瓷材料因其高硬度、高强度和优异的化学稳定性在工程领域具有广泛应用。

Si2N2O和Si3N4作为超细晶脆性陶瓷材料，其常温下的弹塑性性能研究对于优化材料性能、拓宽应用领域具有重要意义。

本文旨在研究Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料的常温弹塑性性能，以期为该类材料的实际应用提供理论支持。

二、材料与方法1. 材料制备本研究采用先进的化学气相沉积法（CVD）制备Si2N2O和Si3N4超细晶陶瓷材料，并通过特定的工艺将两者进行复合，得到Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料。

2. 测试方法采用纳米压痕仪、硬度计和动态力学分析仪等设备，对Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料进行常温弹塑性性能测试。

三、实验结果1. 弹塑性性能参数通过纳米压痕实验，我们得到了Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料的硬度、弹性模量等弹塑性性能参数。

结果表明，该材料具有较高的硬度和弹性模量，显示出优异的力学性能。

2. 应力-应变曲线通过动态力学分析，我们得到了Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料的应力-应变曲线。

曲线显示，在常温下，该材料表现出较好的弹塑性行为，具有较高的强度和良好的延展性。

3. 断裂韧性通过三点弯曲法测试了Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料的断裂韧性。

结果表明，该材料具有较高的断裂韧性，表明其具有良好的抗裂纹扩展能力。

四、讨论1. 弹塑性性能分析Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料在常温下表现出优异的弹塑性性能，这主要归因于其独特的晶体结构和纳米级的晶粒尺寸。

纳米级的晶粒尺寸使得材料具有较高的硬度、强度和延展性。

此外，材料中的化学键类型和强度也对弹塑性性能产生了重要影响。

2. 应用前景由于Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料具有优异的常温弹塑性性能和高断裂韧性，因此其在机械、电子、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

现代材料动 态
２０ 年 第 １ 期 ０８ Ｏ
超 塑性变 形隐性连接 陶瓷
美 国阿贡国家实验室发明一种连接先进材料如陶瓷和金属间化合物 的方法， 采用这种方 法形成 隐性接缝 ，而强度却等于或大于单独 的每一种连接材料 。 这种工艺称为超塑性变形 ， 先对连接的两部件在较高熔点材料一半熔点的温度下施以一 小的压力。由于两部件受压，晶粒滑移的首要变形过程 引起 晶粒旋转。随着 晶粒旋转，晶粒 问相互扩散形成完美结合，且强度相当于整块材料 。 采用这一工 艺诸如 陶瓷之类 的多相材料 无需 昂贵的、难 以寻找 的设备就 能实现无缝连 接。更重要的事实是接合处的强度如连接材料一样强固，且在连接层之问不需连接化合物。 （ 凤娥 摘 译 ） 王
’
（ 杨英惠
摘译 ）
对压铸 件进行 热处理可使铝 元件 的强度提高
澳大利亚联邦科学与工业研究组织 （ ＳＲ ）宣布，对 高压压铸 （ Ｐ Ｃ Ｃ ＩＯ Ｈ Ｄ ）铝制汽车零 件进行热处理 可使其机械强度提高一倍，具有更好 的抗断裂性并改善其能量吸收特性 。 这些 合金在热处理时， 只需 ３ ｒ ｎ ０ ｉ 即可达到很高强度水平，使其特性优于一般的铝铸合金，后者 ａ 的热处理时间则长达 ２１ ４ 。此外，用新工艺处理过的零件不会产生砂 眼或尺寸改变。 １ 经新工艺进行热处理的 Ⅲ）Ｃ 铝零件，其抗 断裂性能与锻铝制品相差无几 。此外，经 Ｄ 过这种热处理 的零件， 其热导率 比未经热处理的铸件高出 ２％， ０ 这意味着新法处理过 的发动
（ 英惠 杨 摘译 ）
铜柱 体可 用 以实现芯 片间更 好互 连
美 国佐治亚工学院宣布 ， 以铜柱替代钎焊球进行芯片问互连强度更高， 而且互连数 目可 以更多。 钎焊球或铜在互连件问的对准程度方面均有较大的容许误差， 但是铜的导电性更好 可 以产 生更强 的连 结 。 在制造铜柱 时， 两个工件表面上均以电镀法制成突起， 而后以无 电镀方法在两个突起问 构成固体铜互连。 这一工艺包括若干个在水溶液中同时进行的反应 ，并无外来 电流参与。 在 室温下 小铜柱性脆，因此必须进行 １ ｈ的退火以排除缺 陷并形成结实的铜连接 。在 １０ 退 ８￣ Ｃ 火温度下可以达成强有力的焊点。