陶瓷基复合材料的增韧机理

陶瓷基复合材料综述陶瓷基复合材料综述陶瓷基复合材料概述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。

陶瓷基复合材料的增韧机理陶瓷基复合材料的增韧机理很多，总体可分为5个方面：(1)微裂纹增韧：残余应变场与裂纹在分散相周围发生反应，从而使主裂纹尖端产生微裂纹分支。

(2)相变增韧：由分散相的相变产生应力场来阻止裂纹的扩展。

(3)裂纹扩展受阻：裂纹尖端的韧性分散相发生塑性变形使裂纹进一步扩展受阻或裂尖钝化。

(4)裂纹偏转：由于分散相和基体之间的热膨胀系数和弹性模量失匹而产生应力场，从而使裂纹沿分散相发生偏转。

(5)纤维(晶须)拔出：f/m界面脱胶或纤维拔出。

以上5种增韧机理中，最有发展前途的是裂纹偏转和纤维拔出，因为它们很少受温度的限制，尤其是裂纹偏转增韧，其增韧效果仅取决于分散相的体积分数和形状，而与粒子尺寸和温度无关，这样对高温增韧无疑是十分有利的。

陶瓷基复合材料的制备工艺1.粉末冶金法原料（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）为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题，采用了浆体（湿态）法制备陶瓷基复合材料。

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ＳiＣ和Ａ12Ｏ3,常用的基体则为A12O3,ZrO２,SiＯ２,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面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。

常用的颗粒也是SiC、Ｓi3N４和Ａ12O3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。

陶瓷基复合材料增强机制、机理的研究现状及展望陶瓷基复合材料（CMC），一般是指相变增韧、颗粒增韧陶瓷和纤维及晶须增韧陶瓷材料。

这是目前备受重视的新型耐高温结构材料。

本文将介绍陶瓷基复合材料这种新型复合材料的机理和研究现状及展望。

与常规材料和非陶瓷复合材料相比，陶瓷材料具有耐高温、抗腐蚀、超硬度抗氧化和抗烧结等优异性能。

作为高温结构材料，尤其作为航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位结构用材料具有很大的潜力。

因此世界各国都把结构陶瓷看作是对未来工业革命有重大作用的高技术新材料而给以重点研究和发展并相继开展了陶瓷汽车发动机、柴油机和航空发动机等大规模高温陶瓷热机研究计划，出现了陶瓷热，然而，常规结构陶瓷还存在缺陷和问题，主要是材料的脆性，可靠性不高等，应用于现在科技领域还有许多问题急需研究解决。

陶瓷基复合材料引起人们关注的重要原因就在于他可以改善陶瓷基材料的力学性能，特别是脆性，因此陶瓷基复合材料的发展和研究将成为陶瓷大规模应用计划取得成功的关键。

陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相材料，使之增强、增韧的多相材料，又称为多相复合陶瓷或复相陶瓷。

陶瓷基复合材料是2O世纪8O年代逐渐发展起来的新型陶瓷材料，包括纤维(或晶须)增韧(或增强)陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。

其因具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、热导率低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、强度高、硬度大及介电、透波等特点，在有机材料基和金属材料基不能满足性能要求的工况下可以得到广泛应用，成为理想的高温结构材料。

连续纤维增强复合材料是以连续长纤维为增强材料，金属、陶瓷等为基体材料制备而成。

金属基复合材料是以陶瓷等为增强材料，金属、轻合金等为基体材料而制备的。

从20世纪60年代起各国都相继对金属基复合材料开展了大量的研究，因其具有高比强度、高比模量和低热膨胀系数等特点而被应用于航天航空及汽车工业。

陶瓷基复合材料的复合机理、制备、生产、应用及发展前景1.陶瓷基复合材料的复合机理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，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。

1．1陶瓷基复合材料增强体用于复合材料的增强体品种很多，根据复合材料的性能要求，主要分为以下几种。

1.1．1纤维类增强体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。

连续纤维中又分为单丝和束丝，碳（石墨）纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维（烧结法制）、碳化硅纤维是以500~12000根直径为5.6~14微米的细纤维组成束丝作为增强体使用。

而硼纤维、碳化硅纤维是以直径为95~140微米的单丝作为增强体使用。

连续纤维制造成本高、性能高，主要用于高性能复合材料。

短纤维连续长度一般几十毫米，排列无方向性，一般采用生产成本低，生产效率高的喷射成型制造。

其性能一般比长纤维低。

增强体纤维主要包括无机纤维和有机纤维。

1.1.2颗粒类增强体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。

1.1.3晶须类增强体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。

1.1.4金属丝用于复合材料的高强福、高模量金属丝增强物主要有铍丝、钢丝、不锈钢丝和钨丝等，金属丝一般用于金属基复合材料和水泥基复合材料的增强，但前者比较多见。

纤维增强陶瓷基复合材料的界面问题增韧机制纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机理主要包括因模量不同引起的载荷转移、微裂纹增韧、裂纹偏转、纤维脱粘和纤维拔出等。

图1a 为典型纤维增强陶瓷基复合材料的应力—应变曲线示意图。

陶瓷基复合材料的破坏过程大致可分为三个阶段：第一个阶段为OA段。

在此阶段,应力水平较低，复合材料处于线弹性状态。

当应力达到A点时，由于基体所受应力超过基体极限强度，基体出现裂纹，使复合材料的应力—应变曲线开始与线性偏离。

第二个阶段为AB 段。

随着应力的提高,基体裂纹越来越大。

当应力达到B 点后，复合材料内纤维开始断裂，因此，B点应力即为复合材料的极限强度。

第三个阶段为BC 段。

此阶段对应于纤维脱粘、纤维断裂和纤维拔出等过程。

图2为纤维增强陶瓷基复合材料增韧过程示意图。

由图可见,在轴向应力作用下,纤维增强陶瓷基复合材料的断裂包含基体开裂、基体裂纹逐渐向纤维与基体间界面扩展、纤维脱粘、纤维断裂和纤维拔出等复杂过程。

图2 纤维增强陶瓷基复合材料断裂过程示意图由于纤维拔出是纤维增强复合材料断裂时的最主要吸能机制，因此，为了提高复合材料的韧性，应尽可能增加材料断裂时的纤维拔出，以求提高纤维的增韧效果。

纤维增强陶瓷基复合材料的界面特性根据材料的复合原理，在用作结构材料的纤维增强复合材料中，纤维与基体间界面的主要作用有：(1) 传递作用。

由于纤维是主要的载荷承担者,因此界面必须有足够的结合强度来传递载荷，使纤维承受大部分载荷，在基体与纤维之间起到桥梁作用。

(2) 阻断作用。

当基体裂纹扩展到纤维与基体间界面时，结合适当的界面能够阻止裂纹扩展或使裂纹发生偏转，从而达到调整界面应力，阻止裂纹向纤维内部扩展的效果。

从物理与化学方面来考虑，纤维与基体间热膨胀系数的匹配问题(物理相容性) 、纤维和基体间的化学反应(化学相容性) 以及纤维与基体间的互扩散过程是影响界面特性的主要原因。

复合材料在制备或使用过程中不可避免的要经历高温阶段,因此,纤维与基体间热膨胀系数的匹配程度决定着复合材料中残留热应力的大小,并将影响复合材料的性能。

晶须增韧陶瓷基复合材料强韧化机制的评述
1. 晶须增韧化技术是什么?
晶须增韧化技术是一种将晶须材料引入到基础材料中的技术，通过晶须的固定和增长，改善复合材料的机械性能和韧性。

2. 什么是陶瓷基复合材料？
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基础材料，通过添加其他强化材料来提高其性能，具有高强度、高硬度、高温耐性、耐磨损等特点。

3. 强韧化机制是如何发生的？
晶须增韧陶瓷基复合材料的强韧化机制主要是由晶须与基础材料之间的相互作用所产生的。

晶须可以在材料中分散均匀，形成纤维状结构，避免裂纹扩展，增加其韧性。

同时，晶须具有很高的强度，它与基础材料之间的化学结合可以增强材料的力学性能。

4. 晶须增韧化技术的优点是什么？
晶须增韧化技术是一种有效提高材料性能的技术，具有以下优点：
（1）提高材料韧性，增强抗裂性；
（2）增加材料强度，提高其耐久性；
（3）降低材料疲劳度，延长材料的使用寿命。

5. 晶须增韧化技术的应用领域有哪些？
晶须增韧化技术可以应用于各种复合材料的制备中，主要应用领域包括：
（1）汽车工业——制备高硬度、高温度下可靠的发动机零件、制动系统；
（2）电子工业——制备高强度、高温度下可靠的电子陶瓷；
（3）航空航天工业——制备高强度、轻质、高温度下可靠的航空材料。

6. 晶须增韧陶瓷基复合材料的未来发展趋势是什么？
晶须增韧陶瓷基复合材料的未来发展趋势主要是往以下方面发展：
（1）研制更高性能的晶须材料；
（2）探索更加有效的晶须分散方式；
（3）进一步深入研究晶须与基础材料之间的相互作用机理；
（4）将晶须增韧化技术应用于更多领域，以满足工业和社会的需要。

PPT陶瓷基复合材料的界面和强韧化机理陶瓷基复合材料的界面1、界面的粘结形式2、界面的作用3、界面性能的改善 陶瓷基复合材料来讲，界面的粘结形式主要有两种：机械粘结，化学粘结 由于陶瓷基复合材料往往是在高温条件下制备，而且往往在高温环境中工作，因此增强体与陶瓷之间容易发生化学反应形成化学粘结的界面层或反应层。

若基体与增强体之间不发生反应或控制它们之间发生反应，那么当从高温冷却下来时，陶瓷的收缩大于增强体，由于收缩而产生的径向压应力σ r 与界面剪应力τ有关：τ＝ συ r式中，υ是摩擦系数，一般为0.1~0.6。

此外，基体在高温时呈现为液体(或粘性体)，它也可渗入或浸入纤维表面的缝隙等缺陷处，冷却后形成机械结合。

实际上，高温下原子的活性增大，原子的扩散速度较室温大的多，由于增强体与陶瓷基体的原子扩散，在界面上更易形成固溶体和化合物。

此时，增强体与基体之间的界面是具有一定厚度的界面反应区，它与基体和增强体都能较好的结合，但通常是脆性的。

例如Al2O3f/SiO2系中会发生反应形成强的化学键结合。

2、界面的作用对于陶瓷基复合材料来讲，界面粘结性能影响陶瓷基体和复合材料的断裂行为。

对于陶瓷基复合材料的界面来说，一方面应强到足以传递轴向载荷，并具有高的横向强度； 另一方面，陶瓷基复合材料的界面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。

因此，陶瓷基复合材料界面要有一个最佳的界面强度。

强的界面粘结往往导致脆性破坏，如下图 (a)所示，裂纹可以在复合材料的任一部位形成，并迅速扩展至复合材料的横截面，导致平面断裂平面断裂主要是由于纤维的弹性模量不是大大高于基体，因此在断裂过程中，强的界面结合不产生额外的能量消耗。

若界面结合较弱，当基体中的裂纹扩展至纤维时，将导致界面脱粘，其后裂纹发生偏转、裂纹搭桥、纤维断裂以致最后纤维拔出(图 b)。

裂纹的偏转、搭桥、断裂以致最后纤维拔出等，这些过程都要吸收能量，从而提高复合材料的断裂韧性，避免了突然的脆性失效。

什么是陶瓷纤维增强复合材料的增韧其方法有哪些？引言陶瓷纤维增强复合材料是一种高性能材料，其具有优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀等特性。

然而，由于其脆性和缺乏韧性，陶瓷纤维增强复合材料在某些应用中容易发生断裂。

因此，如何增强陶瓷纤维增强复合材料的韧性成为了一个重要的研究领域。

增韧方法1.纤维设置改变纤维的布置方式可以提高陶瓷纤维增强复合材料的韧性。

常见的布置方式包括单向排列、交叉层间排列和环向排列等。

通过合理选择纤维布置方式，可以增加材料的断裂韧度和抗冲击能力。

2.界面改性界面改性是通过在纤维和基质之间引入中间层或者涂覆剂来增强纤维与基质的结合强度。

这样可以减少纤维与基质之间的应力集中现象，提高材料的断裂韧度和层间剪切强度。

3.纤维改性纤维表面改性是通过在纤维表面涂覆有机或无机化学物质来增强纤维的界面结合能力。

这可以提高纤维与基质之间的相互作用力，增强材料的断裂韧度和层间剪切强度。

4.基质改性基质改性是通过在基质中添加增韧剂来提高材料的断裂韧度。

常用的增韧剂包括纳米颗粒、纳米纤维和聚合物等。

这些增韧剂可以有效地分散在基质中，增加材料的吸收能量和延展性。

5.多层结构设计多层结构设计是通过在陶瓷纤维增强复合材料中设置多层薄片或者界面层来增强材料的韧性。

不同层之间的断裂能量耗散和应力转移作用可以提高材料的断裂韧度和抗冲击性能。

6.界面剪切界面剪切是通过引入界面微动来增强陶瓷纤维增强复合材料的韧性。

通过调整纤维和基质之间的界面剪切应力分布，可以增加材料的断裂韧度和延展性。

结论陶瓷纤维增强复合材料是一种高性能材料，但其脆性和缺乏韧性限制了其在某些应用中的使用。

通过纤维设置、界面改性、纤维改性、基质改性、多层结构设计和界面剪切等方法，可以增强陶瓷纤维增强复合材料的韧性，提高其在各个领域的应用潜力。

以上是对陶瓷纤维增强复合材料增韧方法的简要介绍，希望对您有所帮助。

陶瓷基复合材料的复合机理、制备、生产、应用及发展前景摘要：材料是科学技术发展的基础，材料的发展可以推动科学技术的发展，材料主要有金属材料、聚合物材料、无机非金属材料和复合材料四大类。

其中复合材料是是最新发展地来的一大类，发展非常迅速。

最早出现的是宏观复合材料，它复合的组元是肉眼可以看见的，比如混凝土。

随后发展起来的是微观复合材料，它的组元肉眼看不见。

由于复合材料各方面优异的性能，因此得到了广泛的应用。

复合材料对航空、航天事业的影响尤为显著，可以说如果没有复合材料的诞生，就没有今天的飞机、火箭和宇宙飞船等高科技产品。

本文从纤维增强陶瓷基复合材料C f/SiC入手，综述了陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite，CMC）的特殊使用性能、界面增韧机理、制备工艺作了较全面的介绍，并对CMC的的研究现状、未来发展进行了展望。

正文1、陶瓷基复合材料的定义与特性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，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(CMC)由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，是制造推重比10 以上航空发动机的理想耐高温结构材料。

一方面，它克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点，提高了材料的断裂韧性；另一方面，它保持了陶瓷基体耐高温、低膨胀、低密度、热稳定性好的优点。

陶瓷基复合材料的最高使用温度可达1650℃，而密度只有高温合金的70％。

因此，近几十年来，陶瓷基复合材料的研究有了较快发展。

目前CMC 正在航空发动机的高温段的少数零件上作评定性试用。

陶瓷基复合材料综述报告Z09016124 王帅摘要：综述了陶瓷基复合材料增强体的种类陶瓷基复合材料界面和界面的增韧，并且介绍了陶瓷基复合材料的复合新技术以及发展动态关键词：陶瓷基增强体强韧1陶瓷基复合材料增强体复合材料中的增强体，按几何形状划分，有颗粒状（简称零维）、纤维状（简称一维）、薄片状（简称二维）和由纤维编织的三维立体结构。

按属性划分，有无机增强体和有机增强体，其中有合成材料也有天然材料，复合材料最主要的增强体是纤维状的。

复合材料中常见的纤维状增强体有玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和金属纤维等。

它们有连续的长纤维、定长纤维、短纤维和晶须之分。

玻璃纤维有许多品种，它是树脂基复合材料最常用的增强体，由玻璃纤维增强的复合材料是现代复合材料的代表，但是，由于它的模量偏低，而且使用温度不高，通常它不属于高级复合材料增强体。

2.1陶瓷基复合材料的界面陶瓷基复合材料作为新一代高性能耐高温结构材料,在航空航天领域具有广阔的应用前景。

然而,由于其固有的脆性,陶瓷材料在外载作用下极易发生脆性断裂。

为了改善材料的韧性,不仅要使用高强纤维,还需要在纤维与基体之间增加界面相,从而引入裂纹桥联、裂纹偏转、纤维脱粘滑移等增韧机制。

纤维与基体之间的热解碳界面层对于陶瓷基复合材料是至关重要的。

大量拉伸试验均表明,强界面材料模量高而强度低,断裂应变较小,断口整齐;弱界面材料模量低而强度高,断裂应变较大,纤维拔出较长,可见,界面可以起到增强和增韧的效果,这得益于弱界面的脱粘作用。

界面脱粘可以减缓纤维应力集中,偏转基体裂纹扩展路径,避免裂纹沿某一横截面扩展,并阻止应力和能量在材料局部集中,使得材料韧性增加,不发生灾难性破坏。

然而,基体裂纹的扩展也具有一定的随机性,与材料的初始缺陷有关。

基体裂纹的连通会导致裂纹发生失稳扩展,最终造成材料的断裂失效。

界面对陶瓷基复合材料拉伸性能的影响在20世纪就是研究热点,因此,这方面的文献报道较多,但主要成果是基于统计强度理论和剪滞理论建立起来的细观力学模型,其中包括模量和强度的计算模型。

陶瓷基复合材料增韧机制的研究现状及展望现代陶瓷材料具有耐高温、硬度高、耐磨损、耐腐蚀及相对密度轻等许多优良的性能。

但它同时也具有致命的弱点，即脆性，这一弱点正是目前陶瓷材料的使用受到很大限制的主要原因。

因此，陶瓷材料的强韧化问题便成了研究的一个重点问题。

陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力，在断裂过程中除了产生新的断裂表面需要吸收表面能以外，几乎没有其他吸收能量的机制，这就是陶瓷脆性的本质原因。

人们经过多年努力，已探索出若干韧化陶瓷的途径包括纤维增韧、晶须增韧、相变增韧、颗粒增韧、纳米复合陶瓷增韧、自增韧陶瓷等。

这些增韧方法的实施，使陶瓷材料的韧性得到了较大的提高，使陶瓷材料在高温结构材料领域显示出较强劲的竞争潜力。

一陶瓷基复合材料增韧技术1、纤维增韧为了提高复合材料的韧性，必须尽可能提高材料断裂时消耗的能量。

任何固体材料在载荷作用下（静态或冲击），吸收能量的方式无非是两种：材料变形和形成新的表面。

对于脆性集体和纤维来说，允许变形吸收的断裂能也很少。

为了提高这类材料的吸能，只能增加断裂表面，即增加裂纹的扩展路径。

纤维的引入不仅提高了陶瓷材料的韧性，更重要的是使陶瓷材料断裂行为发生了根本性变化，由原来的脆性断裂变成了非脆性断裂。

纤维增强陶瓷基复合材料的增韧剂之包括基体预压缩应力、裂纹扩展受阻、纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转、相变增韧等。

能用于增强陶瓷基复合材料的纤维种类较多，包括氧化铝系列（包括莫来石）、碳化硅系列、氮化硅系列、碳纤维等，除了上述系列纤维外，目前正在开发的还有BN、TiC、B4C等复相纤维。

韩桂芳等用浆疗法结合真空浸渗工艺。

制备了二维石英纤维增强多孔Si3N4·2SiO2基复合材料，增加浸渗次数虽不能有效提高复合材料强度，但却使裂纹偏转因子变小，断裂模式由韧性断裂向脆性断裂转变，断口形貌由纤维成束拔出变成多级拔出。

尹洪峰等利用LPCVI技术制备了三维连续纤维增韧碳化硅基复合材料，实验表明复合材料界面相厚度为119mm时，体积密度为2101～2105g/cm3时，用碳纤维T300增韧后的复合材料的弯曲强度为459MPa，断裂韧性为2010MPa/m1/2，断裂功为25170J/m2.国外学者也研究了纤维增强陶瓷材料，并显著的提高了其断裂韧性。

说明纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机制
纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机制主要是通过纤维的拉伸和断裂过程来实现。

首先，纤维的延伸和断裂过程可以吸收和消耗应力，从而阻止裂纹的扩展。

纤维的高拉伸强度和高断裂韧性使得它们能够承受大量的应力，并且这些应力可以从裂纹周围分散到整个复合材料中，从而阻止裂纹扩展。

此外，纤维增强还可以改变复合材料的断裂模式。

传统的陶瓷材料在受到应力时往往会出现脆性断裂，即裂纹迅速扩展并导致材料的完全破坏。

但是，当纤维被引入到陶瓷基质中时，它们可以改变材料的断裂模式，从而将脆性断裂转化为韧性断裂。

纤维的存在可以导致裂纹分支和纤维剪切，从而分散和吸收裂纹的应力，并延缓裂纹的扩展速度，从而使材料具有更好的韧性。

此外，纤维增强材料还可以通过增加界面的强度来提高整体材料的性能。

纤维与陶瓷基质之间的界面承载着传递应力的重要作用。

通过优化界面的结构和化学性质，可以增强纤维与基质之间的相互作用，从而提高材料的综合性能。

综上所述，纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机制主要包括纤维的拉伸和断裂过程、改变材料的断裂模式以及增强界面的强度。

这些机制的共同作用使得复合材料具有更高的韧性和更好的抗裂性能。

陶瓷增韧的主要方法及原理一、引言陶瓷是一种脆性材料，易于断裂。

为了增强其韧性，人们采用了多种方法进行改良。

本文将介绍陶瓷增韧的主要方法及原理。

二、陶瓷增韧的方法1. 颗粒增韧法颗粒增韧法是通过在陶瓷基体中添加颗粒来增强其韧性。

这些颗粒可以是金属、氧化物或碳化物等，它们与基体之间形成界面，能够吸收裂纹扩展时产生的应变能，并阻止裂纹扩展。

此外，颗粒还可以提高材料的耐磨性和抗腐蚀性。

2. 界面改性法界面改性法是通过在陶瓷基体与填充物之间形成高强度的化学键或物理键来增强其韧性。

这些填充物可以是纤维、颗粒或片层等，它们与基体之间形成界面，在受力时能够吸收应变能并阻止裂纹扩展。

3. 晶界工程法晶界工程法是通过控制晶界结构和组成来调控陶瓷的韧性。

晶界是不同晶粒之间的界面，其结构和组成对材料的力学性能有重要影响。

通过控制晶界的取向、密度和化学成分等，可以增强陶瓷的韧性。

4. 段隙复合法段隙复合法是通过在陶瓷基体中引入微观孔隙来增强其韧性。

这些孔隙可以是球形、板状或纤维状等，它们与基体之间形成界面，在受力时能够吸收应变能并阻止裂纹扩展。

5. 热处理法热处理法是通过改变陶瓷的组织结构和物理性质来增强其韧性。

常用的方法包括高温固相反应、快速冷却和退火等。

这些方法可以使陶瓷中形成微观结构，从而提高其韧性。

三、陶瓷增韧的原理1. 裂纹阻挡机制颗粒增韧法、界面改性法和段隙复合法都利用了裂纹阻挡机制来增强陶瓷的韧性。

当裂纹遇到填充物或孔隙时，会发生偏转、分支或停止，从而消耗裂纹扩展时产生的应变能，阻止裂纹继续扩展，提高材料的韧性。

2. 晶界阻挡机制晶界工程法利用了晶界阻挡机制来增强陶瓷的韧性。

当裂纹遇到晶界时，会发生偏转、分支或停止，从而消耗裂纹扩展时产生的应变能，阻止裂纹继续扩展，提高材料的韧性。

3. 相变机制热处理法利用了相变机制来增强陶瓷的韧性。

在高温下进行固相反应或快速冷却可以使陶瓷中形成微观结构，从而改变其物理性质和组织结构。