第十四章陶瓷基复合材料
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缺点：必须预先制造出众多的微裂纹，因而降低了材料的 强度，即韧性的增加以强度的降低为代价。
3）残余应力机制 通过复合在材料内部产生一定的残余压应力场，此残余压应力可以延迟基体开裂，当材料受 拉伸载荷时，强度、韧性均增加。
非防护机制：由于强化相的存在，迫使裂纹需要不断改变扩展方向，或使裂纹产生弯曲（类似于颗 粒对位错的钉扎作用），使其扩展需要消耗附加能量。
的工作稳定性和使用寿命。
2 航天领域的应用 利用其良好的耐热性和在高温下比强度高的特性，制造飞机发动机零部件将会提高发动机性能。
利用其比模量高、热稳定性好的特点，而且克服了其脆性弱点，抗热震冲击能力显著增强。用 于航天防热结构，可实现耐烧蚀、隔热和结构支撑等多功能的材料一体化设计，大幅度减轻系统重 量，增加运载效率和使用寿命，或者提高导弹武器的射程和作战效能
3 刀具方面的应用 利用其较高的耐磨性和抗冲击性
如：复合Si3N4陶瓷刀具适合于各类铸铁件的粗精加工，也能进行铣削、刨削等冲击力很大的加 工，其切削效率可提高3～10倍。
复合TiCN金属陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性，特别适合于各类高硬高强钢(如淬硬钢等)的 加工，可对高硬材料实现“以车代磨”干切削，免除退火工艺和冷却液，大幅度提高生产效率。
三、碳化物陶瓷
以碳化硅(SiC)为主要成分的陶瓷称为碳化硅陶瓷。 SiC有α-和β-两种晶型。α-SiC为高温晶型，六方纤锌矿结构；β-SiC为低温晶型，立方结构。 Si-C键属于典型的共价键结合。SiC分解温度为2600℃，密度为3.17g/cm3。 制备方法：反应烧结、常压烧结、热压烧结等。
FSZ(Fully Stabilized Zirconia) 全稳定氧化锆
PSZ(Partially Stabilized Zirconia) 部分稳定氧化锆
TZP(Tetragonal Zirconnia Polycrytal) 单相多晶四方氧化锆
ZTA——氧化锆增韧氧化铝
主要性能： ➢ 耐磨性，轴承、密封件和替代人骨(如髋关节)等 ➢ 低热传导性，汽车发动机中作活塞顶、缸盖底板和汽缸内衬。 ➢ 氧化锆增韧氧化物陶瓷基体，制成韧性较基体材料高的复合材料。 ➢ 氧化锆的韧性在所有陶瓷中是最高的。
防护机制：缓和裂纹尖端的应力集中，从而减缓或阻止裂纹的扩展，提高材料韧性。
•桥梁机制 •非桥梁机制：裂纹尖端形成附加压应力场
相变机制 微裂纹机制 残余应力机制
1)相变机制 应力诱导相变
2)微裂纹机制 利用在基体中产生微裂纹或微裂纹区，使主裂纹遇到微裂 纹或进入微裂纹区后，分化为一系列小裂纹，形成许多 新的裂纹表面从而吸收能量。
碳化物
硼化物
硅化物
（1）反应烧结法
预成型：硅粉为原料，或硅粉与Si3N4粉混合物为原料，一般陶瓷的成型方法制成所需形状； 预氮化：氮气中预氮化1-1.5h，氮化温度1100-1200℃； 二次氮化：1400-1420℃二次氮化18-36h，直到所有的硅都变成氮化硅。
•α-Si3N4和β-Si3N4混合物 •15~30vol%气孔率 •21.7%体积膨胀 •不收缩烧结
加热棒
液态浸渍法示意图
5.直接氧化法 由液态浸渍法演变而来，通过熔融金属与气体反应直接形成） CVI法是把反应物气体浸渍到多孔预制件的内部，发生化学反应并进行沉积，从而形成陶瓷基复合材料 。 等温CVI（ ICVI）法和热梯度强制对流CVI（ FCVI）法。
（2）热压烧结法 加温和单方向加压的制造工艺。
原料：Si3N4粉，加入少量添加剂(如MgO等)，混合均匀后，装入由感应加热的石墨模具中， 在1650-1850℃高温下热压烧结，烧结压力为l5~30MPa，保温1-4小时。
主要性能特点
强度高
硬度高
耐磨性好，摩擦系数小 耐腐蚀性好
综合性 热压烧结>反应烧结
•氧化物陶瓷 •氮化物陶瓷 •碳化物陶瓷
Al2O3含量变化对陶瓷性能的影响
主要性能： 硬度很高，2000MPa，仅次于金刚石、氮化硼、碳化硅 耐磨性好 耐腐蚀性强：由于铝氧之间键合力很大，氧化铝又具有酸碱两重性。 电绝缘性好 抗热震性能差，不能承受环境温度的突然变化
2、氧化锆陶瓷 以氧化锆(ZrO2)为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。 理论密度为5.89 g/cm3，熔点为2715℃。
（1）化学气相沉积法 制备流程图
（2）聚合物热解法
晶须
晶须是具有一定长度(直径0.3~1um,长30~100um)的纤维状单晶体。 晶须是目前已知纤维中强度最高的一种，其机械强度几乎等于相邻原子间的作用力。 晶须分为陶瓷晶须和金属晶须，用作增强材料的主要是陶瓷晶须。 SiC、Si3N4、TiN、A12O3、钛酸钾和莫来石等少数几种晶须。
•陶瓷的定义 •陶瓷的分类 •陶瓷脆性的本质 •改善途径
三、陶瓷脆性的本质
很强的离子键或共价键合 较少可活动的滑移系 晶体堆垛不完整
脆 对表面伤痕和内部裂纹非常敏感
提高韧性
四、改善途径
纤维、晶须、颗粒
复合化增韧：加入增强相引入各种增韧机制增加裂纹扩展阻力，从而增加断裂过程消耗的能量，提
高断裂韧性 KIC 。 相变增韧：裂纹尖端的应力场引起裂纹尖端附近的晶体结构发生相变，使该局部区域发生体积膨胀
性能特点： 优异的高温强度，可保持到1600℃； 热传导能力高，仅次于氧化铍陶瓷； 抗磨损性高、摩擦系数低，良好的耐腐蚀性，低热膨胀系数，适宜的力学性能。 缺点：断裂韧性较低且在任何温度下都很脆。
14.3 增强体
1.纤维 2.晶须 3.颗粒
碳纤维
1、碳纤维是指纤维中含碳量95%左右的碳纤维和含碳量99%左右的石墨纤维。制造陶瓷基复合材料最常 用的纤维之一。
碳纤维
碳纤维板
碳纤维编织环
碳纤维编织布
碳管
碳纤维齿轮
碳纤维结构件
C/C轴承止推环
碳纤维高尔夫球杆
碳纤维自行车
碳化硅纤维
碳化硅纤维是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维，具有良好的高温性能、高强度、高模量和化 学稳定性。 主要用于增强金属和陶瓷，制成耐高温的金属和陶瓷基复合材料。 制造方法主要有两种——化学气相沉积法和烧结法（有机聚合物转化法）。
只需把多孔的含Si粉的坯件置于N2气氛中加热，Si粒子表面开始氮化，形成Si3N4 ，如选用能促 进氮化的催化剂，还可促进烧结。
反应烧结工艺制备SiC／Si3N4复合材料
4、液态浸渍法
由任何形式的增强材料(颗粒、晶须、纤维 等)制成的预制体都具有网络孔隙，由于毛 细作用陶瓷熔体可渗入这些孔隙。
活塞 熔体 预制件
弥散的浆体可直接浇铸成型或通过热压或冷压后烧结成型。
适用于颗粒、晶须、短纤维 浆体压制烧结工艺流程图
纤维
浸渍浆料
纤维缠绕在辊筒上 压力
纤维裁剪铺层
纤维/玻璃陶瓷复合材料
热压，800~925 ℃
连续纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的工艺路线
脱黏结剂， 500℃
3.反应烧结法
反应烧结Si3N4基复合材料是利用反应 Si+N2 = Si3N4
14.5制备工艺
1.粉末冶金法
2.浆体法 3.反应烧结法 4.液态浸渍法 5.直接氧化法 6.化学气相浸渍法（CVI法） 7.溶胶-凝胶法
本章主要内容： 14.1 概述 14.2 陶瓷基体 14.3 增强体 14.4 增韧机理 14.5 制备方法
思考题： 1、陶瓷基复合材料增韧机理。 2、名词解释：赛隆陶瓷；防护机制；非防护机制
• 偏转机制 • 弯曲机制
14.5制备工艺
1.粉末冶金法
2.浆体法 3.反应烧结法 4.液态浸渍法 5.直接氧化法 6.化学气相浸渍法（CVI法） 7.溶胶-凝胶法
1.粉末冶金法：
2.浆体法 为了克服粉末冶金法中各材料组元混合不均匀的问题。
各材料组元在浆体中成弥散分布。调整水溶液的pH值及对浆体进行超声波震动搅拌可进一步改善弥 散性。
电绝缘性好
抗热震性，抗高温蠕变性比其它陶瓷好
2、赛隆（Sialon）
Sialon ( silicon aluminum oxynitride)
Sialon材料： Si3N4 中的Si和N被Al或(Al+ M) (M为金属离子)及O置换所形成的一大类固溶体。 晶体结构与Si3N4类似(理想的Si3N4 结构是 [SiN4]四面体)通过共角的形式形成的空间骨架。
马
单斜m－ZrO2 5.65
氏
体
相
变
1170℃
四方t－ZrO2 6.1 2370℃
立方c－ZrO2 6.27
2715℃ 液相
最常用的稳定剂 ： ➢ 氧化镁，代表性的组分含量为8mol％MgO； ➢ 氧化钙，典型组分为15mol％CaO； ➢ 氧化钇，典型组分为2~3mol%Y2O3； ➢ 氧化铈，典型组分为12~20mol％CeO。
二、氮化物陶瓷
1、氮化硅陶瓷（Si3N4）： 共价键化合物 ，属六方晶系，有α和β两种晶型结构，两种晶型的化学成分和密度相同，均是 六方体。
由于Si-N高度共价的化学键结合强度高，属难烧结物质。
根据制备方法不同，将氮化硅陶瓷分为反应烧结氮化硅陶瓷(RBSN)、热压烧结氮化硅陶瓷
(HPSN) 。
•非氧化物陶瓷 氮化物
4 医学领域的应用 临床广泛应用种植牙修复牙齿缺失，种植区骨量不足成为牙种植外科面临的常见问题。
自体骨：主要来源有颏部、第三磨牙区、髂骨、肋 骨、前臂、头骨
异体骨：同种异体骨曾在口腔外科中广泛应 用，取得了一定的修复效果，但存在 潜在的传播疾病的危险。
人造骨
另外，生物活性陶瓷复合人工骨也具有良好的临床应用前景。
2、原料: 人造丝（粘胶纤维） 聚丙烯腈PAN(主要原料) 沥青
3、制造
热牵伸法
预氧化
碳化
石墨化
碳化
石墨化
4、性能特点 • 强度和模量高、密度小，和碳素材料一样具有很好的耐酸性。 • 热膨胀系数小，甚至为负值； • 耐高温蠕变性能，一般碳纤维在1900℃以上才呈现出永久塑性变形。 • 摩擦系数小，具有润滑性、导电性高。 • 价格高； • 抗氧化能力较差，在高温下有氧存在时会生成二氧化碳。
➢等温CVI（ ICVI）法
等温化学气相浸渍示意图
(1) 扩散 (2) 渗透 (3) 吸附 (4) 反应 (5) 解吸
➢热梯度强制对流CVI（ FCVI）法 热梯度强制对流化学气相浸渍示意图
7. 溶胶-凝胶法 将基体材料组元形成溶液或溶胶，然后加入增强材料，经搅拌使其在液相中均匀分布，当基体 组元形成凝胶后，增强材料则稳定均匀分布在基体材料中，经干燥或一定温度热处理，压制 烧结即可形成复合材料。
颗粒
陶瓷材料中的另一种增强体为颗粒。 从几何尺寸上看，颗粒在各个方向上的长度是大致相同的，一般为几个微米。 常用得的颗粒也是SiC、Si3N4等。
防护机制 非防护机制
14.4增韧机理
桥梁机制 非桥梁机制
缓和
偏转机制 弯曲机制
改变
防护机制：缓和裂纹尖端的应力集中，从而减缓或阻止裂纹的扩展，提高材料韧性。 •桥梁机制：桥联体联接裂纹的两个表面，提供闭合力。
陶瓷基复合材料的用途
1 发动机方面的应用 问题：工程机械内燃机由于长期工作在高温高压下，活塞与活塞环，缸壁间不断产生摩擦，润滑
条件不充分，工作条件非常恶劣，尤其是在大功率的发动机。 普通的铸铁或铝合金活塞易燃易发生变形，疲劳热裂。 陶瓷基复合材料活塞，高温强度和抗热疲劳性能明显提高，具有较低的线胀系数，提高了活塞
，基体裂纹闭合，改善陶瓷材料的断裂韧性。
ZrO2
整体陶瓷与陶瓷基复合材料的力—位移曲线
断裂韧性和临界裂纹大小的比较
14.2 陶瓷基体
一、氧化物陶瓷 1、氧化铝陶瓷：以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷。根据主晶相不同，可分为：
刚玉瓷：以α-Al2O3为主晶相。高纯刚玉瓷牌号75、85、95和99，它们的纯度和熔点均依次提高。 刚玉-莫来石瓷：以α-Al2O3和3Al2O3·2SiO2为主晶相 莫来石瓷：以3Al2O3·2SiO2为主晶相
第十四章陶瓷基复合 材料
本章主要内容： 14.1 概述 14.2 陶瓷基体 14.3 增强体 14.4 增韧机理 14.5 制备方法
14.1 概述
一、陶瓷的定义
陶瓷是以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品
二、陶瓷的分类
传统陶瓷（普通陶瓷） 现代陶瓷（特种陶瓷）
3）残余应力机制 通过复合在材料内部产生一定的残余压应力场，此残余压应力可以延迟基体开裂，当材料受 拉伸载荷时，强度、韧性均增加。
非防护机制：由于强化相的存在，迫使裂纹需要不断改变扩展方向，或使裂纹产生弯曲（类似于颗 粒对位错的钉扎作用），使其扩展需要消耗附加能量。
的工作稳定性和使用寿命。
2 航天领域的应用 利用其良好的耐热性和在高温下比强度高的特性，制造飞机发动机零部件将会提高发动机性能。
利用其比模量高、热稳定性好的特点，而且克服了其脆性弱点，抗热震冲击能力显著增强。用 于航天防热结构，可实现耐烧蚀、隔热和结构支撑等多功能的材料一体化设计，大幅度减轻系统重 量，增加运载效率和使用寿命，或者提高导弹武器的射程和作战效能
3 刀具方面的应用 利用其较高的耐磨性和抗冲击性
如：复合Si3N4陶瓷刀具适合于各类铸铁件的粗精加工，也能进行铣削、刨削等冲击力很大的加 工，其切削效率可提高3～10倍。
复合TiCN金属陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性，特别适合于各类高硬高强钢(如淬硬钢等)的 加工，可对高硬材料实现“以车代磨”干切削，免除退火工艺和冷却液，大幅度提高生产效率。
三、碳化物陶瓷
以碳化硅(SiC)为主要成分的陶瓷称为碳化硅陶瓷。 SiC有α-和β-两种晶型。α-SiC为高温晶型，六方纤锌矿结构；β-SiC为低温晶型，立方结构。 Si-C键属于典型的共价键结合。SiC分解温度为2600℃，密度为3.17g/cm3。 制备方法：反应烧结、常压烧结、热压烧结等。
FSZ(Fully Stabilized Zirconia) 全稳定氧化锆
PSZ(Partially Stabilized Zirconia) 部分稳定氧化锆
TZP(Tetragonal Zirconnia Polycrytal) 单相多晶四方氧化锆
ZTA——氧化锆增韧氧化铝
主要性能： ➢ 耐磨性，轴承、密封件和替代人骨(如髋关节)等 ➢ 低热传导性，汽车发动机中作活塞顶、缸盖底板和汽缸内衬。 ➢ 氧化锆增韧氧化物陶瓷基体，制成韧性较基体材料高的复合材料。 ➢ 氧化锆的韧性在所有陶瓷中是最高的。
防护机制：缓和裂纹尖端的应力集中，从而减缓或阻止裂纹的扩展，提高材料韧性。
•桥梁机制 •非桥梁机制：裂纹尖端形成附加压应力场
相变机制 微裂纹机制 残余应力机制
1)相变机制 应力诱导相变
2)微裂纹机制 利用在基体中产生微裂纹或微裂纹区，使主裂纹遇到微裂 纹或进入微裂纹区后，分化为一系列小裂纹，形成许多 新的裂纹表面从而吸收能量。
碳化物
硼化物
硅化物
（1）反应烧结法
预成型：硅粉为原料，或硅粉与Si3N4粉混合物为原料，一般陶瓷的成型方法制成所需形状； 预氮化：氮气中预氮化1-1.5h，氮化温度1100-1200℃； 二次氮化：1400-1420℃二次氮化18-36h，直到所有的硅都变成氮化硅。
•α-Si3N4和β-Si3N4混合物 •15~30vol%气孔率 •21.7%体积膨胀 •不收缩烧结
加热棒
液态浸渍法示意图
5.直接氧化法 由液态浸渍法演变而来，通过熔融金属与气体反应直接形成） CVI法是把反应物气体浸渍到多孔预制件的内部，发生化学反应并进行沉积，从而形成陶瓷基复合材料 。 等温CVI（ ICVI）法和热梯度强制对流CVI（ FCVI）法。
（2）热压烧结法 加温和单方向加压的制造工艺。
原料：Si3N4粉，加入少量添加剂(如MgO等)，混合均匀后，装入由感应加热的石墨模具中， 在1650-1850℃高温下热压烧结，烧结压力为l5~30MPa，保温1-4小时。
主要性能特点
强度高
硬度高
耐磨性好，摩擦系数小 耐腐蚀性好
综合性 热压烧结>反应烧结
•氧化物陶瓷 •氮化物陶瓷 •碳化物陶瓷
Al2O3含量变化对陶瓷性能的影响
主要性能： 硬度很高，2000MPa，仅次于金刚石、氮化硼、碳化硅 耐磨性好 耐腐蚀性强：由于铝氧之间键合力很大，氧化铝又具有酸碱两重性。 电绝缘性好 抗热震性能差，不能承受环境温度的突然变化
2、氧化锆陶瓷 以氧化锆(ZrO2)为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。 理论密度为5.89 g/cm3，熔点为2715℃。
（1）化学气相沉积法 制备流程图
（2）聚合物热解法
晶须
晶须是具有一定长度(直径0.3~1um,长30~100um)的纤维状单晶体。 晶须是目前已知纤维中强度最高的一种，其机械强度几乎等于相邻原子间的作用力。 晶须分为陶瓷晶须和金属晶须，用作增强材料的主要是陶瓷晶须。 SiC、Si3N4、TiN、A12O3、钛酸钾和莫来石等少数几种晶须。
•陶瓷的定义 •陶瓷的分类 •陶瓷脆性的本质 •改善途径
三、陶瓷脆性的本质
很强的离子键或共价键合 较少可活动的滑移系 晶体堆垛不完整
脆 对表面伤痕和内部裂纹非常敏感
提高韧性
四、改善途径
纤维、晶须、颗粒
复合化增韧：加入增强相引入各种增韧机制增加裂纹扩展阻力，从而增加断裂过程消耗的能量，提
高断裂韧性 KIC 。 相变增韧：裂纹尖端的应力场引起裂纹尖端附近的晶体结构发生相变，使该局部区域发生体积膨胀
性能特点： 优异的高温强度，可保持到1600℃； 热传导能力高，仅次于氧化铍陶瓷； 抗磨损性高、摩擦系数低，良好的耐腐蚀性，低热膨胀系数，适宜的力学性能。 缺点：断裂韧性较低且在任何温度下都很脆。
14.3 增强体
1.纤维 2.晶须 3.颗粒
碳纤维
1、碳纤维是指纤维中含碳量95%左右的碳纤维和含碳量99%左右的石墨纤维。制造陶瓷基复合材料最常 用的纤维之一。
碳纤维
碳纤维板
碳纤维编织环
碳纤维编织布
碳管
碳纤维齿轮
碳纤维结构件
C/C轴承止推环
碳纤维高尔夫球杆
碳纤维自行车
碳化硅纤维
碳化硅纤维是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维，具有良好的高温性能、高强度、高模量和化 学稳定性。 主要用于增强金属和陶瓷，制成耐高温的金属和陶瓷基复合材料。 制造方法主要有两种——化学气相沉积法和烧结法（有机聚合物转化法）。
只需把多孔的含Si粉的坯件置于N2气氛中加热，Si粒子表面开始氮化，形成Si3N4 ，如选用能促 进氮化的催化剂，还可促进烧结。
反应烧结工艺制备SiC／Si3N4复合材料
4、液态浸渍法
由任何形式的增强材料(颗粒、晶须、纤维 等)制成的预制体都具有网络孔隙，由于毛 细作用陶瓷熔体可渗入这些孔隙。
活塞 熔体 预制件
弥散的浆体可直接浇铸成型或通过热压或冷压后烧结成型。
适用于颗粒、晶须、短纤维 浆体压制烧结工艺流程图
纤维
浸渍浆料
纤维缠绕在辊筒上 压力
纤维裁剪铺层
纤维/玻璃陶瓷复合材料
热压，800~925 ℃
连续纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的工艺路线
脱黏结剂， 500℃
3.反应烧结法
反应烧结Si3N4基复合材料是利用反应 Si+N2 = Si3N4
14.5制备工艺
1.粉末冶金法
2.浆体法 3.反应烧结法 4.液态浸渍法 5.直接氧化法 6.化学气相浸渍法（CVI法） 7.溶胶-凝胶法
本章主要内容： 14.1 概述 14.2 陶瓷基体 14.3 增强体 14.4 增韧机理 14.5 制备方法
思考题： 1、陶瓷基复合材料增韧机理。 2、名词解释：赛隆陶瓷；防护机制；非防护机制
• 偏转机制 • 弯曲机制
14.5制备工艺
1.粉末冶金法
2.浆体法 3.反应烧结法 4.液态浸渍法 5.直接氧化法 6.化学气相浸渍法（CVI法） 7.溶胶-凝胶法
1.粉末冶金法：
2.浆体法 为了克服粉末冶金法中各材料组元混合不均匀的问题。
各材料组元在浆体中成弥散分布。调整水溶液的pH值及对浆体进行超声波震动搅拌可进一步改善弥 散性。
电绝缘性好
抗热震性，抗高温蠕变性比其它陶瓷好
2、赛隆（Sialon）
Sialon ( silicon aluminum oxynitride)
Sialon材料： Si3N4 中的Si和N被Al或(Al+ M) (M为金属离子)及O置换所形成的一大类固溶体。 晶体结构与Si3N4类似(理想的Si3N4 结构是 [SiN4]四面体)通过共角的形式形成的空间骨架。
马
单斜m－ZrO2 5.65
氏
体
相
变
1170℃
四方t－ZrO2 6.1 2370℃
立方c－ZrO2 6.27
2715℃ 液相
最常用的稳定剂 ： ➢ 氧化镁，代表性的组分含量为8mol％MgO； ➢ 氧化钙，典型组分为15mol％CaO； ➢ 氧化钇，典型组分为2~3mol%Y2O3； ➢ 氧化铈，典型组分为12~20mol％CeO。
二、氮化物陶瓷
1、氮化硅陶瓷（Si3N4）： 共价键化合物 ，属六方晶系，有α和β两种晶型结构，两种晶型的化学成分和密度相同，均是 六方体。
由于Si-N高度共价的化学键结合强度高，属难烧结物质。
根据制备方法不同，将氮化硅陶瓷分为反应烧结氮化硅陶瓷(RBSN)、热压烧结氮化硅陶瓷
(HPSN) 。
•非氧化物陶瓷 氮化物
4 医学领域的应用 临床广泛应用种植牙修复牙齿缺失，种植区骨量不足成为牙种植外科面临的常见问题。
自体骨：主要来源有颏部、第三磨牙区、髂骨、肋 骨、前臂、头骨
异体骨：同种异体骨曾在口腔外科中广泛应 用，取得了一定的修复效果，但存在 潜在的传播疾病的危险。
人造骨
另外，生物活性陶瓷复合人工骨也具有良好的临床应用前景。
2、原料: 人造丝（粘胶纤维） 聚丙烯腈PAN(主要原料) 沥青
3、制造
热牵伸法
预氧化
碳化
石墨化
碳化
石墨化
4、性能特点 • 强度和模量高、密度小，和碳素材料一样具有很好的耐酸性。 • 热膨胀系数小，甚至为负值； • 耐高温蠕变性能，一般碳纤维在1900℃以上才呈现出永久塑性变形。 • 摩擦系数小，具有润滑性、导电性高。 • 价格高； • 抗氧化能力较差，在高温下有氧存在时会生成二氧化碳。
➢等温CVI（ ICVI）法
等温化学气相浸渍示意图
(1) 扩散 (2) 渗透 (3) 吸附 (4) 反应 (5) 解吸
➢热梯度强制对流CVI（ FCVI）法 热梯度强制对流化学气相浸渍示意图
7. 溶胶-凝胶法 将基体材料组元形成溶液或溶胶，然后加入增强材料，经搅拌使其在液相中均匀分布，当基体 组元形成凝胶后，增强材料则稳定均匀分布在基体材料中，经干燥或一定温度热处理，压制 烧结即可形成复合材料。
颗粒
陶瓷材料中的另一种增强体为颗粒。 从几何尺寸上看，颗粒在各个方向上的长度是大致相同的，一般为几个微米。 常用得的颗粒也是SiC、Si3N4等。
防护机制 非防护机制
14.4增韧机理
桥梁机制 非桥梁机制
缓和
偏转机制 弯曲机制
改变
防护机制：缓和裂纹尖端的应力集中，从而减缓或阻止裂纹的扩展，提高材料韧性。 •桥梁机制：桥联体联接裂纹的两个表面，提供闭合力。
陶瓷基复合材料的用途
1 发动机方面的应用 问题：工程机械内燃机由于长期工作在高温高压下，活塞与活塞环，缸壁间不断产生摩擦，润滑
条件不充分，工作条件非常恶劣，尤其是在大功率的发动机。 普通的铸铁或铝合金活塞易燃易发生变形，疲劳热裂。 陶瓷基复合材料活塞，高温强度和抗热疲劳性能明显提高，具有较低的线胀系数，提高了活塞
，基体裂纹闭合，改善陶瓷材料的断裂韧性。
ZrO2
整体陶瓷与陶瓷基复合材料的力—位移曲线
断裂韧性和临界裂纹大小的比较
14.2 陶瓷基体
一、氧化物陶瓷 1、氧化铝陶瓷：以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷。根据主晶相不同，可分为：
刚玉瓷：以α-Al2O3为主晶相。高纯刚玉瓷牌号75、85、95和99，它们的纯度和熔点均依次提高。 刚玉-莫来石瓷：以α-Al2O3和3Al2O3·2SiO2为主晶相 莫来石瓷：以3Al2O3·2SiO2为主晶相
第十四章陶瓷基复合 材料
本章主要内容： 14.1 概述 14.2 陶瓷基体 14.3 增强体 14.4 增韧机理 14.5 制备方法
14.1 概述
一、陶瓷的定义
陶瓷是以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品
二、陶瓷的分类
传统陶瓷（普通陶瓷） 现代陶瓷（特种陶瓷）