无机非金属基复合材料定稿
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? 缺点则是不能制造大尺寸 的制品，所得制品的致密 度较低，此外零件的形状 不宜太复杂，基体材料必 须是低熔点或低软化点陶 瓷。
CMC 制备工艺
? 晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的加工与制备
? 晶须与颗粒的尺寸均很小，只是几何形状上有些区别，用它们进 行增韧的陶瓷基复合材料的制造工艺是基本相同的。
? 基本上是采用粉末冶金方法。
CMC 性能
? 由于制备陶瓷基复合材料的强化材料不同、基 材不同和所用工艺方法不同，因此陶瓷基复合 材料的性能也各不相同。
? 对于陶瓷基复合材料来说，人们不但关心它们 的室温性能，而且更关心它们的高温性能。
CMC性能
?室温力学性能
? 拉伸强度
? 与金属基和聚合物基复合材料不同，对于陶瓷基复合材 料来说陶瓷基体的失效应变低于纤维的失效应变；因此 最初的失效往往是陶瓷基体的开裂，这种开裂是由晶体 中存在的缺陷引起的。
CMC性能
? 弹性模量
? 图6-26中杨氏弹性模量也随 Vf线性增加．但在较高Vf时 ，由于基体孔隙和纤维排列 会导致偏离混合定律的线性 关系。PhilliPs等提出下列 经验公式修正基体孔隙所带 来的效应：
? 式中Em是有孔隙材料的弹性 模量，E m。是无孔隙基体( 孔隙为零时)的弹性横量，P 是基体中的孔隙率。由此式 对弹性模量实测值进行更正 后可与混合定律预测值较好 地吻合
CMC 制备工艺
? 纤维增强陶瓷基复合材料的加工与制备
? 纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于多种因素，如基体致密 程度、纤维的氧化损伤、以及界面结合效果等，都与其制备和 加工工艺有关。主要有热压烧结法和浸渍法。
? 热压烧结法及其问题
? 热压烧结法中，压力和高温同时作用可以加速致密化 速率，获得无气孔和细晶粒的构件。
这一变化显然与材料 中残余玻璃相随温度升高 的变化相关。
CMC 性能
? 蠕变
? 在较高的温度与较大的 应力条件下，蠕变速度 及变形量都增大。
? 低于700℃时，恒速的 蠕变速率小于10-6 h-1 表 明材料在此条件下蠕变 稳定。
? 800℃的恒速蠕变速度 达10-2h-1 。应力增大 至150MPa，则形变增加 了6倍。
? 这表明材料的蠕变由残 余玻璃相的粘滞流动所 控制。
应用
? 陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领 域包括：刀具、滑动构件、航空航天构件、 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 制作超高速列车的制动件．而且取得了传统 的制动件所无法比拟的优异的磨擦磨损特性 、取得了满意的应用效果。
CMC 性能
? 高温力学性能
? 强度
室温下， SiC/MAS 玻 璃陶瓷复合材料的抗弯强 度比无纤维增强的 MAS基 体高约 10倍．弹性模量提 高约 2倍。复合材料的抗 弯强度自室温至 700 度保 持不变， 700度之后，强 度随温度升高而急剧增加 ；但弹性模量却随温度升 高从室温的 137GPa 降到 850度时的 80GPa 。
概述
? 陶瓷基复合材料发展迟滞
? 高温增强材料出现的较晚， sic纤维和晶须是七十年 代后出现 ；
? 高温制备工艺复杂 ，热膨胀系数的差异大 ，易产生 热应力；
? 成本昂贵。
它的发展遇到了比其它复合材料更大的困难。至 今，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。
韧性。特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了 大量的断裂能量，使韧性得以大幅度提高。 ? 表6-1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料 的断裂韧性和临界裂纹尺寸大小的比较。
概述
?陶瓷基复合材料的基体为陶瓷。
? 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。
? 困难是基体与增强材料的混合不均匀以及晶须和纤维 在混合过程中或压制过程中，尤其是在冷压情况下易 发生折断。在烧结过程中，由于基体发生体积收缩， 会导致复合材料产生裂纹。
CMC 制备工艺
?浆体浸渍 -热压法
? 适用于长纤维。首先把纤 维编织成所需形状，然后 用陶瓷泥浆浸渍，干燥后 进行烧结。
? 优点是加热温度较晶体陶 瓷低，层板的堆垛次序可 任意排列，纤维分布均匀 ，气孔率低，获得的强度 较高。
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CMC 性能与应用
单向连续纤维强化陶瓷基 复合材料的拉伸失效有两 种形式： (1)突然失效。纤维强度较 低，界面结合强度较高， 基体裂纹穿过纤维扩展， 导致突然失效。 (2)如果纤维较强，界面结 合相对较弱，基体裂纹沿 着纤维扩展，纤维失效前， 纤维-基体界面脱粘、因此 基体开裂并不导致突然失 效，复合材料的最终失效 应变大于基体的失效应变。
无机非金属基复合材料
Contents
1
陶瓷基复合材料
2
水泥基复合材料
概述
? 工程陶瓷的主要问题
? 特种陶瓷优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度高以 及耐腐蚀性高，
? 脆性大、抗热震性能差。
?陶瓷基复合材料 (CMC)及其高韧性
? 以陶瓷为基体的复合材料。 ? 制备陶瓷基复合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的
?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 。
概述
? 短纤维、晶须及颗粒增韧陶瓷基复合材料。
? 目前常用的是SiC和A12O3晶须．常用的基体则为 A12O3 ，SiO2， Si3N4以及莫来石等。
? 晶须具有长径比，含量较高时，桥架效应使致密化因难，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。目前这些复合材料已广泛用来制 造刀具。
制备工艺比长纤维复合材料简便很多。 所用设备也不复杂设备。 过程简单。混合均匀，热压烧结即可制得高性能的复合材料。
CMC 制备工艺
? 制造工艺也可大致分为 配料-成型-烧结-精加工 等步骤。
? 改进的浆体法
陶瓷基复合材料的制备还有溶胶凝胶法、液态浸渍法、直接氧化法等， 新近发展起来的制备陶瓷基复合材料的方法还有聚合物先驱体热解工艺、 原位复合工艺等。
CMC 制备工艺
? 晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的加工与制备
? 晶须与颗粒的尺寸均很小，只是几何形状上有些区别，用它们进 行增韧的陶瓷基复合材料的制造工艺是基本相同的。
? 基本上是采用粉末冶金方法。
CMC 性能
? 由于制备陶瓷基复合材料的强化材料不同、基 材不同和所用工艺方法不同，因此陶瓷基复合 材料的性能也各不相同。
? 对于陶瓷基复合材料来说，人们不但关心它们 的室温性能，而且更关心它们的高温性能。
CMC性能
?室温力学性能
? 拉伸强度
? 与金属基和聚合物基复合材料不同，对于陶瓷基复合材 料来说陶瓷基体的失效应变低于纤维的失效应变；因此 最初的失效往往是陶瓷基体的开裂，这种开裂是由晶体 中存在的缺陷引起的。
CMC性能
? 弹性模量
? 图6-26中杨氏弹性模量也随 Vf线性增加．但在较高Vf时 ，由于基体孔隙和纤维排列 会导致偏离混合定律的线性 关系。PhilliPs等提出下列 经验公式修正基体孔隙所带 来的效应：
? 式中Em是有孔隙材料的弹性 模量，E m。是无孔隙基体( 孔隙为零时)的弹性横量，P 是基体中的孔隙率。由此式 对弹性模量实测值进行更正 后可与混合定律预测值较好 地吻合
CMC 制备工艺
? 纤维增强陶瓷基复合材料的加工与制备
? 纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于多种因素，如基体致密 程度、纤维的氧化损伤、以及界面结合效果等，都与其制备和 加工工艺有关。主要有热压烧结法和浸渍法。
? 热压烧结法及其问题
? 热压烧结法中，压力和高温同时作用可以加速致密化 速率，获得无气孔和细晶粒的构件。
这一变化显然与材料 中残余玻璃相随温度升高 的变化相关。
CMC 性能
? 蠕变
? 在较高的温度与较大的 应力条件下，蠕变速度 及变形量都增大。
? 低于700℃时，恒速的 蠕变速率小于10-6 h-1 表 明材料在此条件下蠕变 稳定。
? 800℃的恒速蠕变速度 达10-2h-1 。应力增大 至150MPa，则形变增加 了6倍。
? 这表明材料的蠕变由残 余玻璃相的粘滞流动所 控制。
应用
? 陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领 域包括：刀具、滑动构件、航空航天构件、 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 制作超高速列车的制动件．而且取得了传统 的制动件所无法比拟的优异的磨擦磨损特性 、取得了满意的应用效果。
CMC 性能
? 高温力学性能
? 强度
室温下， SiC/MAS 玻 璃陶瓷复合材料的抗弯强 度比无纤维增强的 MAS基 体高约 10倍．弹性模量提 高约 2倍。复合材料的抗 弯强度自室温至 700 度保 持不变， 700度之后，强 度随温度升高而急剧增加 ；但弹性模量却随温度升 高从室温的 137GPa 降到 850度时的 80GPa 。
概述
? 陶瓷基复合材料发展迟滞
? 高温增强材料出现的较晚， sic纤维和晶须是七十年 代后出现 ；
? 高温制备工艺复杂 ，热膨胀系数的差异大 ，易产生 热应力；
? 成本昂贵。
它的发展遇到了比其它复合材料更大的困难。至 今，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。
韧性。特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了 大量的断裂能量，使韧性得以大幅度提高。 ? 表6-1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料 的断裂韧性和临界裂纹尺寸大小的比较。
概述
?陶瓷基复合材料的基体为陶瓷。
? 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。
? 困难是基体与增强材料的混合不均匀以及晶须和纤维 在混合过程中或压制过程中，尤其是在冷压情况下易 发生折断。在烧结过程中，由于基体发生体积收缩， 会导致复合材料产生裂纹。
CMC 制备工艺
?浆体浸渍 -热压法
? 适用于长纤维。首先把纤 维编织成所需形状，然后 用陶瓷泥浆浸渍，干燥后 进行烧结。
? 优点是加热温度较晶体陶 瓷低，层板的堆垛次序可 任意排列，纤维分布均匀 ，气孔率低，获得的强度 较高。
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CMC 性能与应用
单向连续纤维强化陶瓷基 复合材料的拉伸失效有两 种形式： (1)突然失效。纤维强度较 低，界面结合强度较高， 基体裂纹穿过纤维扩展， 导致突然失效。 (2)如果纤维较强，界面结 合相对较弱，基体裂纹沿 着纤维扩展，纤维失效前， 纤维-基体界面脱粘、因此 基体开裂并不导致突然失 效，复合材料的最终失效 应变大于基体的失效应变。
无机非金属基复合材料
Contents
1
陶瓷基复合材料
2
水泥基复合材料
概述
? 工程陶瓷的主要问题
? 特种陶瓷优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度高以 及耐腐蚀性高，
? 脆性大、抗热震性能差。
?陶瓷基复合材料 (CMC)及其高韧性
? 以陶瓷为基体的复合材料。 ? 制备陶瓷基复合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的
?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 。
概述
? 短纤维、晶须及颗粒增韧陶瓷基复合材料。
? 目前常用的是SiC和A12O3晶须．常用的基体则为 A12O3 ，SiO2， Si3N4以及莫来石等。
? 晶须具有长径比，含量较高时，桥架效应使致密化因难，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。目前这些复合材料已广泛用来制 造刀具。
制备工艺比长纤维复合材料简便很多。 所用设备也不复杂设备。 过程简单。混合均匀，热压烧结即可制得高性能的复合材料。
CMC 制备工艺
? 制造工艺也可大致分为 配料-成型-烧结-精加工 等步骤。
? 改进的浆体法
陶瓷基复合材料的制备还有溶胶凝胶法、液态浸渍法、直接氧化法等， 新近发展起来的制备陶瓷基复合材料的方法还有聚合物先驱体热解工艺、 原位复合工艺等。