下载文档原格式
陶瓷材料的强韧化方法概述鉴于本人在研究生阶段的研究方向与陶瓷材料有关，故本篇所选择的主要内容为陶瓷材料的强韧化方法。
与传统材料相比陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异特性，但它也存在脆性大、易断裂的缺点，从而大大限制了陶瓷材料在实际生产中的应用。
因此改善陶瓷材料的脆性、增大强度、提高其在实际应用中的可靠性成为其能否广泛应用的关键。
近年来，陶瓷材料的强韧化课题已经受到国内学者的高度重视。
目前已有的强韧化主要措施如下所述。
1、氧化锆相变增韧：当材料受到外力作用时，裂纹扩展到亚稳的t-ZrO2粒子，这会促发t-ZrO2粒子向m-ZrO2的相变，由此产生的相变应力又会反作用于裂纹尖端，降低尖端的应力集中程度，减缓或完全抑制了裂纹的扩展，从而提高断裂韧性；2、微裂纹增韧：由于温度变化引起的热膨胀差或相变引起的体积差会在陶瓷基体相和分散相之间产生的弥散均布裂纹。
当导致断裂的主裂纹扩展时，这些均匀分布的微裂纹会促使主裂纹分叉，使得其扩展路径变得曲折，增加了扩展过程的表面能，从而使裂纹快速扩展受到了阻碍，增加了材料的韧性；3、裂纹偏转增韧：在发生裂纹偏转时，裂纹平面会在垂直于施加张应力方向上重新取向，这就意味着裂纹扩展路径将被增长。
同时，由于裂纹平面不再垂直于张应力方向而使得裂纹尖端的应力降低，因而可以增大材料的韧性；4、裂纹弯曲增韧：在裂纹扩展过程中，如果遇到基体相中存在的断裂能更大的第二相增强剂就会被其阻止，裂纹前沿如需继续扩展便要越过第二障碍相而形成裂纹弯曲。
这也会使裂纹快速扩展受到了阻碍，从而增加材料的韧性；5、裂纹桥接增韧：所谓的裂纹桥接是指由增强元连接扩展裂纹的两表面形成裂纹闭合力而导致脆性基体材料增韧的方法。
其增强元可分为两种：一种为刚性第二相，另一种则是韧性第二相；6、韧性相增韧：韧性相会在裂纹扩展中起到附加吸收能量的作用，这就使得裂纹进一步扩展所需的能量远远超过形成新裂纹表面所需的净热力学表面能。
陶瓷坯体增强剂的研究进展
陶瓷坯体增强剂的种类繁多，常见的有颗粒增强剂、纤维增强剂、颗粒增强剂和纤维
增强剂的复合增强剂等。
这些增强剂具有不同的增强机制和应用效果。
颗粒增强剂主要包括碳化硅、氮化硅、氧化锆等。
通过将这些颗粒添加到陶瓷坯体中，可以增加陶瓷的强度和硬度。
研究表明，添加适量的颗粒增强剂能够阻止微裂纹的扩展，
提高陶瓷的韧性和耐磨性。
颗粒增强剂还能够提高陶瓷的导热性能和耐腐蚀性能。
颗粒增强剂和纤维增强剂的复合增强剂可以充分发挥两者的优点。
研究表明，通过将
颗粒增强剂和纤维增强剂进行复合添加，可以获得具有较高强度和韧性的陶瓷材料。
复合
增强剂能够提高陶瓷的抗拉强度、抗弯强度和抗冲击性。
研究人员还通过改变纤维与颗粒
增强剂的比例和分布方式，进一步优化了复合增强剂的效果。
除了上述常见的陶瓷坯体增强剂外，还有一些新型的增强剂正在被开发和研究。
纳米
颗粒增强剂、纳米纤维增强剂以及有机/无机复合增强剂等。
这些新型增强剂能够进一步
提高陶瓷材料的性能，并拓展其在多个领域的应用。
陶瓷坯体增强剂具有重要的研究价值和应用前景。
通过选择合适的增强剂以及优化添
加方式，能够显著提高陶瓷坯体的强度、韧性和塑性。
未来的研究工作应该进一步深入探
究增强剂与陶瓷坯体材料之间的相互作用机制，并探索新型增强剂的合成和应用。
只有不
断推进陶瓷坯体增强剂的研究，才能促进陶瓷材料的发展和应用。
陶瓷坯体增强剂的研究进展陶瓷材料是一种广泛使用的工程材料，具有良好的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性等特点，常用于制作电子陶瓷、瓷砖、陶瓷卫浴和陶瓷餐具等产品。
然而，陶瓷材料的韧性较低，易于发生裂纹和破损，因此需要加入增强剂来提高其力学性能。
目前，常用的陶瓷坯体增强剂主要有纤维增强剂、颗粒增强剂和晶须增强剂。
纤维增强剂是指将纤维材料添加到陶瓷坯体中以增加其强度和韧性。
常见的纤维增强剂有玻璃纤维、碳纤维、硅碳纤维等。
颗粒增强剂是指将微米级颗粒材料添加到陶瓷坯体中，通过填充和强化作用来改善其性能。
常见的颗粒增强剂有氧化锆、碳化硅等。
晶须增强剂是指将微米级晶须材料添加到陶瓷材料中，形成晶须增韧相或增硬相，从而提高陶瓷材料的强度和韧性。
近年来，随着材料科学和纳米技术的迅速发展，新型陶瓷坯体增强剂逐渐成为研究热点。
石墨烯是一种新型的二维纳米材料，具有良好的机械性能和导电性能，在陶瓷坯体中添加石墨烯可以显著提高其强度和韧性。
石墨烯在陶瓷材料中的应用主要有两种方式，一种是将石墨烯单层或多层分散在水中，形成石墨烯水乳液，再将其加入陶瓷坯体中；另一种是通过化学还原法将氧化石墨烯还原为石墨烯，并将其添加到陶瓷坯体中。
除了石墨烯，碳纳米管也是一种广泛研究的新型陶瓷坯体增强剂。
碳纳米管具有高比强度、高韧性和优异的热导率等优良性能，在陶瓷材料中的应用可以显著提高其力学性能和导电性能。
常见的碳纳米管添加方式有表面粘贴、溶胶凝胶和气相沉积等。
此外，纳米颗粒和纳米晶须也是近年来备受关注的陶瓷坯体增强剂。
纳米颗粒具有较大的比表面积和晶界，可以提高陶瓷材料的力学性能和化学性能；而纳米晶须可以增加晶体的晶界能量，从而提高陶瓷材料的强度和韧性。
因此，将纳米颗粒和纳米晶须添加到陶瓷坯体中已成为一种重要的增强方法。
综上所述，陶瓷坯体增强剂的研究正在不断深入，新型增强剂的开发将进一步提高陶瓷材料的力学性能和功能性能，推动其在电子工业、建筑业和汽车工业等领域的广泛应用。
河北工业大学材料科学与工程学院《陶瓷材料的强韧化》读书报告专业金属材料班级材料116学号111899姓名李浩槊2015年01月05日目录第一部分........................陶瓷材料简介第二部分........................陶瓷材料的结构第三部分........................陶瓷材料的成型方法第四部分........................陶瓷材料的烧结第五部分........................结构陶瓷材料的传统韧化方式第六部分........................陶瓷材料韧化的进展及纳米材料在陶瓷韧化方面的应用第七部分........................参考文献第一部分陶瓷材料简介陶瓷材料是人类应用最早的材料。
它坚硬，稳定，可以制造工具、用具；在一些特殊的情况下也可以用作结构材料。
陶瓷材料属于无机非金属材料，是不含碳氢氧结合的化合物，主要是金属氧化物和金属非氧化物。
由于大部分无机非金属材料含有硅和其它元素的化合物，所以又叫作硅酸盐材料。
它一般包括无机玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷三类。
作为结构材料和工具材料，工程上应用最广泛的就是陶瓷材料。
按照成分和用途，工业陶瓷材料可分为：1）普通陶瓷（或传统陶瓷）－－主要为硅、铝氧化物的硅酸盐材料。
2）特种陶瓷（或新型陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷、先进陶瓷）－－主要为高熔点的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等烧结材料。
3）金属陶瓷－－主要指用陶瓷生产方法制取的金属与碳化物或其它化合物的粉末制品。
陶瓷材料拥有良好的力、热、光、电性能和优异的化学性能。
首先，陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。
陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。
而且，陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。
碳化硼陶瓷增韧补强和致密化研究现状及其展望
碳化硼陶瓷具有高硬度、高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性等特点，是一种重要的结构材料。
但其本身的脆性限制了其应用范围。
为了提高碳化硼陶瓷的韧性和致密度，研究人员采用了多种方法进行增韧和补强，目前已取得了一系列进展。
1.纳米晶：纳米晶材料可以提高材料强度和韧性，可以大幅度降低材料的脆性，同时极大地提高材料的耐磨性和抗腐蚀性。
纳米晶碳化硼陶瓷的强度可以达到10GPa以上，而且其韧性也比传统碳化硼陶瓷高。
2.增韧剂：常用的增韧剂有氧化铝、氮化硅、碳等，这些增韧剂可以通过控制络合反应、晶格匹配等机理使其与基体产生协同效应，提高材料的强度和韧性。
3.纤维增强：纤维增强技术是一种有效的增强手段。
已经研究出了碳纤维增强和SiC纤维增强碳化硼陶瓷，可以提高其力学性能和韧性。
4.混合成型：混合成型是将不同颗粒形状、大小、化学组成的原料混合起来，再进行烧结成型。
混合成型可以通过改变组成、晶粒组织和脆性相分布来提高材料的韧性和强度。
5.涂层技术：在碳化硼陶瓷表面增加铜、钛、NbC等材料的镀层可以有效地提高碳化硼陶瓷的抗压强度和韧性。
总之，碳化硼陶瓷的增韧和补强技术已经取得了很大进展，未来的研究方向是进一步探索新的增韧剂、提高制备工艺、改善材料微观结构、研究材料在高温和复杂环境下的性能等。
陶瓷材料的晶须增韧摘要：晶须增韧机理以及晶须增韧的应用关键词：1前言：晶须强韧化是用高强度、高模量的陶瓷纤维与陶瓷基体构成陶瓷基复合材料，靠裂纹偏转弯曲、纤维脱粘、纤维拔出和纤维桥连等机制来达到模高陶瓷的韧性和强度的一种方法，这样的复合材料称做纤维增强陶瓷基复合材料。
晶须对陶瓷的增强、增韧效果不仅取决于纤维和陶瓷本身的性能(强度、弹性模量、线胀系数等)，而且还取决于两者间是否有良好的匹配性(物理和化学相容性)及界而的结合状态。
因而有的陶瓷材料加入纤维后可能强度和韧性同时提高，而有的陶瓷材料则仅仅韧性提高而强度下降。
因为对陶瓷来说．韧性往往显得要比强废更为重要，因此有时即便是复合后仅韧性提高而强度下降，摊的复合也是值得的。
2增韧机理1．裂纹弯曲和偏转增韧在裂纹扩展尖端应力场中，增强体会导致裂纹弯曲和倔转，从而使基体的应力场强度因子降低，起到阻碍裂纹扩展的作用。
随增强体长径比的增加，裂纹弯曲增韧的效果增加。
裂纹一般很难穿过晶须，更容易绕过晶须并尽量贴近表面而扩展，即裂纹发生偏转。
裂纹偏转增韧示意图见图7—25。
裂纹偏转后受的拉应力往往低于偏转前的，而且裂纹的扩展路径增长，裂纹扩展中需消耗更多的能量，因而起到增韧的作用。
裂纹偏转可以绕着晶须倾斜偏转或扭转偏转，一般认为，裂纹偏转增韧主要是扭转偏转机制起作用。
2．晶须脱粘增韧在复合材料中，晶须或短纤维脱粘会产生新表面，因此需要能量，见图7—26。
尽管单位面积的表面能很小，但所有脱粘纤维总的表面能则很大。
假设纤维的脱粘能等于应力释放引起的纤维上的应变释放能，则每根纤维的脱粘能为：其中：d为纤维直径人为纤维临界长度14为纤维拉伸断裂强度；Zf为纤维弹性模量。
将纤维体积代人，则可求出单位面积的最大脱粘能Q D：由上述分析可知，若想通过纤维脱粘达到最大增韧效果，应使纤维体积含量增高，Lc 要大，即纤维与基体的界面要弱。
因为Lc与界面应力成反比。
3．晶须桥连增韧对于特定位向和分布的晶须，裂纹很难偏转．只能沿着原来的扩展方向继续扩展，如图7—28所示。
纳米陶瓷及其增韧补强研究随着科学技术的快速发展，纳米材料得到了越来越多的研究和应用。
在工程领域中，纳米材料的应用越来越广泛，特别是纳米陶瓷材料在制备工艺、性能及应用等方面的研究取得了重要进展。
纳米陶瓷材料具有优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性，这些特点使其成为先进材料领域中的重要研究方向。
纳米陶瓷材料通过优化制备工艺，可以使其具有更高的密度、更优异的力学性能、更高的化学稳定性和更好的耐热性。
在此基础上，纳米陶瓷的应用和发展可以进一步推动先进材料领域的发展。
为了解决纳米陶瓷材料中容易出现的脆性断裂等问题，研究人员引入了增韧补强技术。
利用增韧补强技术可以改善纳米陶瓷材料的断裂性能，提高其挠度和韧度等性能。
目前，常见的增韧补强方法主要包括添加纳米增韧相、添加纳米颗粒、添加纤维增韧相和添加涂层增韧相等。
纳米增韧相是目前应用广泛的一种增韧补强方法。
通过添加少量的纳米增韧相，可以有效地增强纳米陶瓷的断裂韧性和韧度。
其增韧机理主要是纳米增韧相对于基体材料具有更高的自由能，因此当纳米增韧相与基体材料接触时，会在界面产生大量常规增韧相所缺乏的非常规微观结构，从而提高材料的力学性能。
添加纳米颗粒也是一种常见的增韧补强方法。
纳米颗粒的加入可以增加材料的疏松性，增加材料的变形能力，从而增加材料的挠度和韧度。
同时，纳米颗粒的粒径较小，能够使其形成更多的微结构，增强其在材料中的分散度和界面能，进一步提高材料的性能。
添加纤维增韧相是另一种增韧补强方法。
纤维增韧相可以增加材料的拉伸能力和缓冲能力，有效地阻止材料的微裂解产生并扩展。
同时，纤维增韧相的长度也能够控制材料的断裂行为，使其呈现出更多的塑性行为，在一定程度上增加材料的韧度。
最后，添加涂层增韧相也是一种常见的增韧补强方法。
其主要是在材料表面上涂覆一层增韧相，从而改变材料的断裂机制。
添加涂层增韧相可以使材料在断裂前形成局部的压应力区域，从而使材料的能量吸收能力得到提高，从而增加材料的韧度。
