陶瓷复合材料的增韧
陶瓷基复合材料行业定义与主要产品
陶瓷基复合材料行业定义与主要产品
陶瓷基复合材料行业主要指的是以陶瓷为基体，结合各种纤维或第二相材料制成的复合材料产业。
这一行业的主要产品包括了以下几类：
1. 氮化硅基复合材料: 氮化硅（Si3N4）是一种高温结构陶瓷，具有优异的耐高温、高强度和刚度特性，同时重量相对较轻且抗腐蚀。
它通常用作陶瓷基复合材料的基体。
2. 碳化硅基复合材料: 类似于氮化硅，碳化硅（SiC）也是一种高温结构陶瓷，同样适用于作为陶瓷基复合材料的基体材料。
3. 颗粒增韧复合材料: 通过在陶瓷基体中引入颗粒状的增韧材料来提高材料的韧性和可靠性。
4. 晶须增韧复合材料: 利用晶须这种针状单晶纤维来增强陶瓷基体的强度和韧性。
5. 层状增韧复合材料: 通过层状结构的设计来实现增韧效果，提高材料的断裂韧性。
6. 连续纤维增韧复合材料: 使用连续的纤维与陶瓷基体复合，纤维的作用是阻止裂纹扩展，从而大幅提升材料的韧性。
这些材料因其独特的性能优势，如耐高温、高强度、轻质和耐腐蚀等，广泛应用于机械、化工、电子技术等领域。
特别是在需要耐高温和耐磨的环境中，例如航空航天、汽车制造、能源生产和加工工业等高技术领域，陶瓷基复合材料发挥着至关重要的作用。
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。
纤维增韧陶瓷基复合材料
纤维增韧陶瓷基复合材料
纤维增韧陶瓷基复合材料是一种新型材料，它以陶瓷为基体，与各种纤维进行复合。
这种材料具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐磨耐蚀和良好的韧性等优点，因此在高精尖领域有广泛的应用。
纤维增韧陶瓷基复合材料的制备工艺相当复杂，需要精确控制各组分的比例和加工条件。
其中，纤维的选择是关键，它们必须具备高强度、高弹性等特点，以便能够有效提高陶瓷的韧性和可靠性。
在材料的应用方面，纤维增韧陶瓷基复合材料已经用于制造液体火箭发动机喷管、导弹天线罩、航天飞机鼻锥、飞机刹车盘和高档汽车刹车盘等。
这些应用表明了该材料在高温、高强度和耐磨等极端环境下的优异性能。
总的来说，纤维增韧陶瓷基复合材料是一种具有巨大潜力的新型材料，其研究和应用前景非常广阔。
随着科技的不断发展，我们期待这种材料在未来能够发挥出更大的作用，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
陶瓷基复合材料
2）裂纹偏转和裂纹桥联增韧
裂纹偏转是一种裂纹尖端效应， 是指裂纹扩展过程中当裂纹遇上 偏转元（如增强相、界面等）时 所发生的倾斜和偏转。 裂纹桥 联是一种裂纹尾部效应。它发生 在裂纹尖端，靠桥联元（剂）连 接裂纹的两个表面并提供一个使 裂纹面相互靠近的应力，即闭合 应力，这样导致强度因子随裂纹 扩展而增加。裂纹桥联可能穿晶 破坏，也有可能出现互锁现象， 即裂纹绕过桥联元沿晶发展（裂 纹偏转）并形成摩擦桥（图3）。 裂纹桥联增韧值与桥联元（剂） 粒径的平方根成正比。
图8 裂纹偏转增韧原理 a：裂纹倾斜偏转；b：裂纹扭转偏转； c：增强剂长径比对裂纹扭转偏转的影响。
（2）脱粘
复合材料在纤维脱粘后产生了新的表面， 因此需要能量。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。假设纤维脱粘能等于由于应力释放 引起的纤维上的应变释放能，则每根纤 维的脱粘能量Qp为： Qp=（ d2 fu2 l c）/48Ef 其中d：纤维直径；l c：纤维临界长度； fu：纤维拉伸强度； Ef ：纤维弹性模量。 考虑纤维体积 Vf = （ d2/4）l ， 最大脱粘能Qp =（ fu2 l cVf）/ 12 Ef ； 因此，纤维体积比大、l c大（即界面 强度弱，因l c 与界面应力成反比），通 过纤维脱粘达到的增韧效果最大。
图3
裂纹偏转机理
（2）延性颗粒增韧
在脆性陶瓷基体中加入第二相延性颗粒能明
显提高材料的断裂韧性。其增韧机理包括由 于裂纹尖端形成的塑性变形区导致裂纹尖端 屏蔽以及由延性颗粒形成的延性裂纹桥。当 基体与延性颗粒的和E值相等时，利用延性 裂纹桥可达最佳增韧效果。但当和E值相差 足够大时，裂纹发生偏转绕过金属颗粒，增 韧效果较差。
图1
碳化硅陶瓷增强增韧机理
碳化硅陶瓷增强增韧机理碳化硅陶瓷是一种耐高温、耐腐蚀的陶瓷材料，但由于其脆性，通常需要通过添加增强材料来提高其韧性。
增韧机理的实现通常涉及到添加细颗粒或纤维形状的增强材料，其中一种常见的选择是碳纤维。
以下是碳化硅陶瓷增强增韧的一些机理：
1. 晶界强化：
•碳化硅陶瓷的晶界是脆性的，而在晶界周围添加碳纤维等增强材料可以起到晶界强化的作用。
这些细颗粒或纤维可以阻止裂纹的扩展，提高材料的抗裂纹扩展能力。
2. 裂纹偏转：
•当碳化硅陶瓷受到应力时，裂纹可能会形成并试图扩展。
碳纤维的存在可以使裂纹沿着碳纤维的方向偏转，减缓裂纹的传播速度。
这种机制有助于提高材料的韧性。
3. 桥梁效应：
•当碳化硅陶瓷中存在碳纤维等增强材料时，这些材料在裂纹周围形成桥梁效应。
这种桥梁效应能够阻止裂纹的进一步扩展，增加材料的韧性。
4. 拉伸变形：
•碳纤维具有较高的拉伸强度和延伸性，当施加拉伸应力时，碳纤维可以吸收一部分应变。
这有助于缓解碳化硅陶瓷中的应力集中，提高整体材料的韧性。
5. 残余应力：
1/ 2
•制备碳化硅陶瓷复合材料时，可以通过合适的工艺控制产生残余应力。
这些残余应力可以对抗外部应力，有助于提高材料的韧性。
在设计和制备碳化硅陶瓷复合材料时，需要考虑增韧机理的多方面因素，包括增强材料的选择、分布、含量等。
这样的复合材料通常在高温、高强度等极端环境下具有优异的性能。
2/ 2。
一种连续纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料及其制备方法
一种连续纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料及其制备方法连续纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料是一种先进的复合材料，具有高强度、高刚度、低密度和优异的耐热性能。
它由连续纤维增韧的max相陶瓷基复合材料预浸料和增韧剂组成。
本文将介绍连续纤维增韧max相陶瓷新材料的制备方法和其在工业和航空航天领域的应用。
连续纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料的制备方法如下：首先，选用适合的max相陶瓷基材料，如氧化铝、氮化硼等。
这些材料具有高热稳定性和良好的机械性能，能够在高温和极端环境下保持其结构完整性。
然后，通过溶胶凝胶方法制备max相陶瓷基材料溶胶。
将氧化铝粉末和溶胶剂混合，在适当的温度和时间下搅拌，使其形成均匀的溶胶。
接下来，在溶液中加入所选的连续纤维增韧材料，如碳纤维、玻璃纤维等。
在搅拌和超声处理的作用下，使纤维均匀地分散在溶液中。
然后，通过静态或动态浸渍的方法将溶胶浸渍到纤维增韧材料中，使其完全浸透。
可以使用真空浸渍、压力浸渍等各种方法来促进浸渍的均匀性。
最后，将浸渍后的纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料进行烘干和烧结，以使其形成完整的结构。
采用适当的工艺参数，如温度、时间等，控制烧结过程中的相变和晶粒生长，从而得到理想的材料性能。
连续纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料具有广泛的应用领域。
在工业领域，它可以用于制造高温和高强度要求的零件，如涡轮机叶片、燃烧室等。
在航空航天领域，它可以应用于制造航空发动机零件、导弹外壳等。
这种材料具有优异的耐热性能，能够在高温和高速环境下保持其结构完整性，有助于提高机械性能和降低重量。
综上所述，连续纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料是一种具有广泛应用前景的先进材料。
通过合理的制备方法和工艺参数，可以得到具有优异性能的复合材料。
随着材料科学和工程技术的迅猛发展，这种复合材料有望在各个领域得到广泛应用，并为社会经济的可持续发展做出贡献。
晶须增韧陶瓷基复合材料强韧化机制的评述
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。
连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料
连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料In recent years, continuous Alumina (Al2O3) fiber-reinforced ceramic matrix composites (CMCs) have attracted much attention in the field of advanced materials. These composites offer improved mechanical properties, such as high strength and toughness, making them suitable for awide range of applications.近年来，连续氧化铝（Al2O3）纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）在先进材料领域引起了广泛关注。
这些复合材料具有高强度和韧性等卓越的力学性能，使其适用于广泛的应用领域。
One of the key advantages of continuous Alumina fiber-reinforced CMCs is their excellent thermal and chemical stability. Alumina has a melting point above 2000°C, which makes it resistant to high temperatures. Additionally, itis chemically inert and does not react with most substances. This stability allows these composites to be used inextreme environments where other materials may fail.连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的一个关键优势是其出色的热稳定性和化学稳定性。
什么是陶瓷纤维增强复合材料的增韧其方法有哪些？
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。
陶瓷基复合材料综述
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。
关于陶瓷材料的增韧技术的研究
简介：
1.引言
2.增韧机制 3.进展
我们都知道
1.优点： （1）性能：氧化铝陶瓷化学性质稳定，具有机械强 度高，硬度大，耐磨，耐高温，耐腐蚀，高的电 学绝缘性和低的介电损耗等 （2）成本低，应用前景广泛（主要应用在航空航 天，发动机耐磨部件，刀具等领域） 2.缺点：高脆性和均匀性差，从而极大地影响了陶 瓷部件的可靠性和使用安全性。 3.措施： 提高陶瓷的韧性的关键是：提高材料抵抗裂纹扩 展的能力，减缓裂纹尖端的应力集中。
2.增韧技术及机理 1.氧化锆应力诱导相变增韧（ZTA） 出发点：相变伴随着体积膨胀，产生屏蔽 裂纹扩展的过程或残余应力增韧。 2.晶须、纤维、碳管增韧 纤维与基体材料间满足的条件：弹性系数 纤维>基体 ；两者的相容性好 3.颗粒弥散增韧 金属离子作为第二相改善基体的烧结性能， 阻碍基体中的裂纹扩展（粒子的塑变性使裂纹 偏转） 4.微结构设计和增韧 原位合成相容性好的自补强韧化陶瓷基 氏体相 变，但增韧效果与温度成反比；基体中加 入第二相增强体（纤维、晶须、颗粒）可 提高韧性，但工艺复杂 成本高 难以均匀性 分布，但仿生结构设计将开辟陶瓷强韧化 的新纪元，颗粒的纳米化也是强韧的重要 途径。
说明纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机制
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。
陶瓷复合材料
2. 陶瓷基复合材料增强体（增韧体）
在某些情况下，晶须的拉伸强度可达0.1E （E为杨氏模量），这已非常接近于理想拉伸 强度0.2E。 相比之下，多晶的金属纤维和块状金属的拉 伸强度只有0.02E和0.001E。 由于晶须具有最佳的热性能、低密度和高杨 氏模量，从而引起了人们对其特别的关注。 在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是 SiC、A12O3及Si3N4晶须。
图3-3
裂纹偏转机理
3.陶瓷基复合材料增韧机理
3）延性颗粒增韧 在脆性陶瓷基体中加入第二相延性颗粒能明显提高 材料的断裂韧性。其增韧机理包括由于裂纹尖端形 成的塑性变形区导致裂纹尖端屏蔽以及由延性颗粒 形成的延性裂纹桥。 当基体与延性颗粒的和E值相等时，利用延性裂纹 桥可达最佳增韧效果。但当和E值相差足够大时， 裂纹发生偏转绕过金属颗粒，增韧效果较差。 4）纳米颗粒增强增韧 将纳米颗粒加入到陶瓷中时，材料的强度和韧性大 大改善。增强颗粒与基体颗粒的尺寸匹配与残余应 力是纳米复合材料中的重要增强、增韧机理。
2. 陶瓷基复合材料增强体（增韧体）
陶瓷基复合材料的增强体（增韧体） 包括：纤维 (长、短纤维)、晶须和颗粒。 2.1 纤维 碳纤维是用来制造陶瓷基复合材料最常用的纤维之 一。碳纤维可用多种方法进行生产，工业上主要采用 的是有机母体的热氧化和石墨化。 碳纤维的生产过程主要包括三个阶段。 第一阶段：有机母体在空气中于200~400℃进行低温 氧化； 第二阶段：有机母体在惰性气体中，于1000℃左右 进行碳化处理； 第三阶段：则是在惰性气体中于2000℃以上的温度 作石墨化处理。
2. 陶瓷基复合材料增强体（增韧体）
陶瓷基复合材料的增强体中，另一种常用纤维是玻璃 纤维。制造玻璃纤维的基本流程如下图所示： 将玻璃小球熔化，然
陶瓷增韧的主要方法及原理
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。
纤维增韧补强陶瓷复合材料的研究现状
主题：论文纤维增韧补强陶瓷复合材料的研究现状摘要：近年来陶瓷材料的强韧化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视，其中在陶瓷材料中引入起增韧作用的第二相制成陶瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。
本文介绍了纤维增强陶瓷基复合材料的纤维种类、陶瓷基复合材料的制备技术、应用领域等，多方面综合阐述了其国内外研究进展。
关键词：纤维；增强；陶瓷基复合材料；工艺陶瓷材料具有许多优异性能，陶瓷结构材料能耐高温、耐侵蚀、耐磨损及比重小等，陶瓷功能材料具有独特的电学性能、磁学性能、铁电压电性能等许多优良的性能，但由于脆性这一致命弱点，使得目前陶瓷材料的使用受到很大的限制。
因此，近年来陶瓷材料的强韧化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视，其中在陶瓷材料中引入起增韧作用的第二相制成陶瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。
1．复合材料陶瓷基体复合材料陶瓷基体分为氧化物系和非氧化物系。
氧化物基体是氧化铝陶瓷和铝硅酸盐玻璃，非氧化物基体复合材料包括碳纤维增强碳（C/C）复合材料和SiC 纤维增强的碳化硅（SiC）与氮化硅（Si3N4）系复合材料。
陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料（简称CFCC）有巨大的潜在应用，其相对密度低（仅为钛合金的1/2，镍基超合金的1/3），除了航空航天和军事工业中的耐高温用途外，还可能在陆地运输、石油化学工业、能源和环保领域获得广泛应用。
因此，美国、日本和西欧都将陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料（CFCC）作为21 世纪可能获得大发展新材料的重要研究开发项目。
2 纤维增强材料陶瓷材料的增韧研究一直倍受重视。
从1976 年I.W.Donald 等发现在陶瓷本体中引入第二相材料增韧开始，陶瓷增韧先后经历了粒子相变增韧、晶须补强增韧、短纤维增韧和目前连续纤维增韧等阶段。
陶瓷材料的韧性不断提高，目前连续纤维补强增韧陶瓷基复合材料（CFRCMC）的断裂韧性已经达到25MPa·m1/2 以上，这使其具有类似金属的断裂行为，不会出现灾难性损毁，从而可应用于航空和航天等高技术领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
陶瓷基复合材料的增韧研究进展（综述）摘要：陶瓷材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，但是陶瓷材料的脆性问题一直制约着陶瓷材料的发展。
近年来，人们在提高陶瓷的韧性方面取得了众多成果。
本文介绍了近五年来国内外关于纳米陶瓷基复合材料的增韧问题的研究进展，并对陶瓷基复合材料的增韧进行了前景展望。
关键词：陶瓷基复合材料；增韧；研究进展Research and Development of Toughening of Ceramic MatrixComposites (A Review)Zhou KuiState Key Laboratory of Material Processing and Die&Mould Technology,Huazhong university of science and technologyAbstract:Ceramic materials have outstanding performance at strength, high temperature resistance, corrosion resistance, but the development of ceramic materials has been restricted by the brittleness of ceramic materials.In recent years,many achievements in improving ceramic toughness has been made.In this paper,the research status about ceramic matrix composite toughening problem at home and abroad had been introduced and the prospect of ceramic matrix composite toughening was also proposed.Keywords:ceramic matrix composites;toughening;research status1、引言陶瓷材料不管是在古代还是当今社会都是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。
[1]陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。
它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，不仅可用作结构材料，由于其还具有某些特殊的性能，因此它也可作为功能材料。
[2]目前，新型的陶瓷材料正在以往使用金属的领域中得到应用，如发动机零部件、高温喷嘴、磨球、轴承、耐磨部件、刀具等。
由于结构陶瓷固有的脆性，其具有灾难性破坏的致命弱点，使其可靠性较差，因此，改善陶瓷材料的韧性就成为直接关系到陶瓷材料在高科技领域中应用的关键。
近年来，围绕陶瓷材料韧化这一关键性问题，已进行了大量而深入的基础研究，取得了不少突破性的进展。
主要表现在以下几个方面：[3]（1）发展了高纯、超细、均质的陶瓷粉体制备技术，最终提升陶瓷的韧性；（2）开发出了流延法成型、轧膜成型、注射成型、挤制成型以及近年来出现的胶态成型等实用新型成型工艺；（3）发展了热压烧结、热等静压烧结、气压烧结、微波烧结、自蔓延高温合成、等离子放电烧结等烧结新技术；（4）在相平衡、反应热力学、动力学、胶体化学、表面和界面科学、烧结机理等基础研究方面均取得了不少突破性的新进展。
脆性是陶瓷材料的致命弱点，其其来源于高键能引起的缺陷敏感性，陶瓷材料的强韧化从本质上来讲，就是降低陶瓷对缺陷的敏感性。
高模量是陶瓷材料的另一个显著特点，而高模量使陶瓷基复合材料表现出较高的裂纹敏感性，因此，陶瓷材料的韧化除了通过复合降低缺陷敏感性之外，还要降低复合材料的裂纹敏感性。
[4]陶瓷基复合材料的韧化涉及缺陷敏感性和裂纹敏感性两个方面，裂纹敏感性与增韧体的尺度有关，裂纹敏感性与界面行为和增韧体的长径比有关。
为了实现陶瓷的增韧，对陶瓷基复合材料往往要求基体与增韧体之间呈弱界面结合，通过降低裂纹敏感性来提高韧性。
[5]2、陶瓷基复合材料的增韧同一般金属相比，陶瓷材料的晶体结构复杂而表面能小，因此，它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性及耐热性比金属优越，但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使用可靠性却不如金属。
搞清陶瓷的性能特点及控制因素，是对陶瓷增韧十分重要的。
[4]事实上，陶瓷晶体之所以脆，是因为陶瓷晶体内缺少五个独立的滑移系，在受力作用下难于发生滑移引起的塑性变形以松弛应力，在显微方面其脆性根源是由于存在裂纹，且易于导致高度裂纹集中。
从断裂力学的观点来看，克服陶瓷的脆性的关键是：一是要提高陶瓷材料抵抗扩展裂纹的能力，二是要减缓裂纹尖端的应力集中效应。
陶瓷受外力作用，直至断裂时外力对每单位体积陶瓷所做的功称为陶瓷材料的断裂能。
在裂纹扩展过程中，任何能为断裂能的提高做出贡献的能量损耗机制都有助于提高陶瓷材料的的韧性。
[6]陶瓷韧化可分为两类：一类是自增韧陶瓷，它是由烧结或热处理等工艺使其微结构内部自生出增韧相；另一类是在试样制备时加入起增韧作用的第二相（组元），如纤维增韧、晶须增韧及颗粒弥散增韧等。
[3]2.1 颗粒弥散增韧陶瓷材料的颗粒弥散增韧指把第二相颗粒引入陶瓷基体中，使其弥散分布并引起增韧补强陶瓷基体的方法。
这种增韧方式是通过第二相颗粒的弥散或者颗粒的移动，产生一定塑变、沿晶界面滑移带来蠕变、形成裂纹尖端屏蔽、主裂纹周围微开裂或裂纹桥，以及由于第二相与基体相热膨胀系数及弹性模量的失配导致的残余热应力与扩散裂纹尖端应力交互作用，使得裂纹产生偏转、分岔、桥联或者钉扎等效果，达到阻止裂纹扩展、提高断裂韧性的目的。
[7]由于颗粒增韧具有工艺简单、第二相容易分散、制品致密等优点，使得颗粒增韧陶瓷基复合材料在许多方面获得了应用。
[3]刘丽菲[8]利用Al2O3的弥散增韧作用，以Al2O3为增韧剂，采用高温烧结法制备了增韧氧化锆陶瓷，抗弯强度和断裂韧性分别达到1016MPa 和14.2MPa·m1/2。
徐鹤[9]在其研究中将碳黑颗粒引入到ZrB2-SiC 材料中，采用传统热压烧结工艺，制备出了高抗热冲击性能的ZrB2-SiC-C 复合材料，添加碳黑后，复合材料的断裂韧性由 4.5MPa·m1/2增加到 6.57MPa·m1/2。
Azhar A Z A 等人[10]研究了加入的粒子尺寸对ZTA-MgO陶瓷切削刀具的韧性的影响，结果表明采用小粒径能获得韧性更好的切削刀具。
Liu Y等人[11]则研究了纳米粒子对金属-陶瓷复合材料的断裂韧性的影响。
2.2 纤维、晶须增韧纤维或晶须可有桥联、裂纹偏转(或分岔)和纤维拔出等多种增韧补强机理。
产生桥联时, 纤维或晶须像桥梁一样,牵拉住两裂纹面，阻止裂纹进一步扩展。
纤维或晶须与基体的结合面为弱结合面，当晶粒的断裂强度超过裂纹的扩张应力时，裂纹偏离原来的前进方向，沿纤维与基体的结合面扩展，引起界面解离，当扩张应力大于晶粒的断裂强度时，裂纹穿过晶粒。
裂纹扩展路径呈现锯齿状，具有比平面裂纹更大的表面积和表面能，可以吸收更多的能量，起到增韧效果纤维或晶须拔出时与界面发生摩擦, 其作用机理与桥联相同。
所以，适当的界面结合强度是此类增韧的前提。
[7]朱潇怡[12]设计了以纳米SiC为基体相、纳米TiN、SiC晶须为增强相的纳米复合碳化硅陶瓷体系,采用二步成型及无压液相烧结技术制备了SiC纳米复合陶瓷,断裂韧性达到7.84MPa·m1/2。
刘笑笑等人[13]研究了碳纳米管对Sm2Zr2O7微观形貌、相结构以及断裂韧性的影响，结果表明:碳纳米管均匀分散在Sm2Zr2O7基体中，复合材料的断裂韧性高于纯Sm2Zr2O7试样,并且随着碳纳米管含量的增多,复合材料强度和韧性有所提高。
Aguilar Elguézabal A等人[14]研究了Al2O3+ 70 wt% ZrO2纳米+ 2.5 wt% Al2O3晶须的复合材料的断裂韧性，结果表明该复合材料的断裂韧性比纯氧化铝陶瓷增加了62%。
Kaya C等人[15]在其文献中介绍了一种廉价而且可靠的陶瓷基复合材料的加工路线，生产的产品得到了广泛的应用。
2.3 相变增韧相变增韧是通过控制烧结工艺使内部的微观组织产生增韧相，是一种自增韧过程。
相变需消耗大量能量，裂纹尖端应力松弛，可阻碍裂纹的进一步扩展。
相变的体积膨胀使周围基体受压，促使其它裂纹闭合，从而提高断裂韧性和强度。
在实际材料中究竟何种增韧机制起主导作用，在很大程度上取决于四方相向单斜相马氏体相变的程度高低及相变在材料中发生的部位。
至今为止,利用部分稳定氧化锆的相变增韧是最为成功的增韧方法之一，但是由于许多脆性材料并不一定具备这种有利于增韧的相变，并且还受温度的影响较大，所以这种增韧方法还不能得到普遍应用。
[7]赵磊等人[16]考虑粒子相变与弧形微裂纹的联合效应，从理论上建立了含弧形微裂纹相变复合陶瓷的混合型裂纹增韧模型，得出相变对静止裂纹无增韧作用；相变对稳态扩展裂纹的增韧结果除与材料弹性模量、相变尾区高度和相变粒子的体积分数有关外，还与复合陶瓷的颗粒直径和弧形微裂纹的体积分数有关。
娄本浊[17]系统的研究了Al2O3/TiO2纳米复相陶瓷的增韧机理后发现，对于1350℃烧结的ATZ陶瓷,其增韧机理为相变增韧和纳米颗粒增韧;对于1450℃的ATZ陶瓷烧结体,增韧机理主要为纳米颗粒增韧、微裂纹增韧，并且ATZ陶瓷体在1450℃烧结时的增韧效果优于1350℃烧结时的增韧效果。
Seo Y H等人[18]在建立了立方Pb1− y La y(Zr1− x Ti x) O3在添加和不添加氧化锆的韧化模型后，提供了一条清晰的压电陶瓷增韧的途径。
2.4 自增韧自增韧主要是通过工艺因素的控制，使陶瓷晶粒在原位形成有较大长径比的形貌，从而起到类似于晶须的补强增韧作用。
自增韧陶瓷复合材料是通过在陶瓷基体中直接发生高温化学反应或者相变过程，在主金相基体中生长出均匀分布的晶须、棒状晶粒或晶片的增强体。
近年来研究最多的自增韧陶瓷材料有Si3N4、Sialon等。
[7]刘维良等人[19]采用SHS 合成的α-Si3N4为原料，添加复合稀土氧化物Y2O3、Al2O3，采用热压烧结制备自增韧氮化硅，获得的样品抗弯强度为788.04MPa ，断裂韧性为12.45MPa·m1/2。
刘春凤等人[20]选用不同离子尺寸的稀土氧化物单一或复合掺杂α-sialon 陶瓷，系统研究了陶瓷的相组成、晶粒形貌、微观结构以及力学性能与稀土元素的类型的关系。
Sciti D等人[21]采用添加Si3N4或MoSi2并进行无压烧结制得了ZrB2-SiC自增韧复合陶瓷。