陶瓷基复合材料

无机非金属材料概论
增强相包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属以及天 然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等，基体相则有高聚物(树 脂)、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。 结构复合材料的特点：可根据材料在使用中受力的要求进行组 元选材设计，更重要的是还可进行复合结构设计，即增强相排 布设计，能合理地满足特殊要求并节约用材。
C.6 复合材料
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Chapter 6 陶瓷基复合材料 (Ceramic-Matrix Composites)
CMC
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聚合物、金属、陶瓷的工作温度极限
One relatively complex composite material is the modern ski. In this illustration, a cross-section of a high-performance snow ski, are shown the various components. The function of each component is noted, as well as the material that is used in its construction.
(a) A crack prior to inducement of
the ZrO2 particle phase transformation.
(b) Crack arrestment due to the stress-
induced phase transformation.
陶瓷基复合材料
一、陶瓷基复合材料概述
先进复合材料： 高性能增强相(如碳纤维、芳纶等)与高性能耐热高聚物构成的 复合材料，后来又把金属基、陶瓷基和碳(石墨)基以及功能复 合材料包括在内。
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它们的性能优良，但价格相对较高，主要用于国防工业、航空 航天、精密机械、深潜器、机器人结构件和高档体育用品等。
按基体相的材料种类分类， 分为金属基复合材料， 陶瓷基复合材料， 水泥基复合材料， 塑料基复合材料， 橡胶基复合材料等。
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FIGURE 15.2 A classification scheme for the various composite types discussed in this chapter.
b. 功能复合材料：具有某种特殊的物理或化学特性， 可根据其功能来分类，如导电、磁性、阻尼、摩擦、换能等。 功能复合材料一般由功能体组元(增强相)和基体组元(基体相) 组成，基体相不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加 强功能的作用。
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按制造成本和性能高低分类： 复合材料还可分为常用和先进两类。 常用复合材料如玻璃钢便是用玻璃纤维等性能较低的增强相与 普通高聚物(树脂)构成 。 价格低廉，得以大量发展，广泛用于船舶、车辆、化工管道和 贮罐、建筑结构、体育用品等，可代替钢材。
microstructures
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FIGURE 15.8 Schematic representations of (a) continuous and aligned, (b) discontinous and aligned, and (c) discontinuous and randomly oriented fiberreinforced composites.
特种陶瓷具有优秀的力学 性能、耐磨性好、硬度高 及耐腐蚀性好等特点，但 其脆性大，耐热震性能差， 而且陶瓷材料对裂纹、气 孔和夹杂等细微的缺陷很 敏感。
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5.复合材料的种类：
复合材料的种类繁多，分类方法亦不统一。
按性能分类： 结构复合材料、功能复合材料
a.结构复合材料是作为承力结构使用的材料， 基本上由能承受荷载的增强相与能连接增强体 成为整体材料同时又起传递力作用的基体组元构成。
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例如，金属与陶瓷各有特点，金属及其合金的热稳定性 好，延展性和韧性好，但在高温下易氧化和蠕变，高温 强度低，抗腐蚀能力差；陶瓷耐火度高，耐腐蚀性强， 抗氧化，但脆性大，热稳定性不好。
金属陶瓷就是把二者结合成整体，集二者之优点，使之 具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损和膨胀 系数小等特点，用以制作工具材料、结构材料、耐热耐 腐蚀材料。
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§6.1 概 述
1.何谓复合材料？ 是由有机高分子、无机非金属或金属等不同材料 通过复合工艺组合而成的。
复合材料是多相材料。它主要包括基体相和增强相。 2.基体相的作用： 基体相是一种连续相材料，它把增强相材料固结成一体， 并起着传递应力的作用；
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Types of composite based on the form of reinforcement
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Schematic illustration of principle of composite
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FIGURE 15.11
Schematic demonstration of
transformation toughening.
3.增强相的作用： 增强相起承受应力(结构复合材料)和显示功能 (功能复合材料)的作用。
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4.为何要使用复合材料？ 与一般材料的简单混合有本质的区别，合理的材料设计， 可使复合材料既能保持原组成材料的重要特色， 又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分 不具备的许多优良性能。