陶瓷基復合材料(cmc)

1、四四四陶瓷基復合材料（CMC）1.1概述工程中陶瓷以特種陶瓷應用為主，特種陶瓷由于具有優(yōu)良的綜合機械性能、耐磨性好、硬度高以及耐腐蝕件好等特點，已廣泛用于制做剪刀、網球拍及工業(yè)上的切削刀具、耐磨件、發(fā)動機部件、熱交換器、軸承等。陶瓷最大的缺點是脆性大、抗熱震性能差。與金屬基和聚合物基復合材料有有所不同的，是制備陶瓷基復合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的韌性。特別是纖維增強陶瓷復合材料在斷裂前吸收了大量的斷裂能量，使韌性得以大幅度提高。表

2、6—1列出了由顆粒、纖維及晶須增強陶瓷復合材料的斷裂韌性和臨界裂紋尺寸大小的比較。很明顯連續(xù)纖維的增韌效果最佳，其次為品須、相變增韌和顆粒增韌。無論是纖維、晶須還是顆粒增韌均使斷裂韌性較整體陶瓷的有較大提高，而且也使臨界裂紋尺寸增大。維之一。碳纖維主要用在把強度、剛度、重量和抗化學性作為設計參數(shù)的構件，在1500霓的溫度下，碳纖維仍能保持其性能不變，但對碳纖維必須進行有效的保護以防止它在空氣中或氧化性氣氛中被腐蝕，只有這樣才能充分發(fā)揮它

3、的優(yōu)良性能。其它常用纖維是玻璃纖維和硼纖維。陶瓷材料中另一種增強體為晶須。晶須為具有一定長徑比(直徑o3。1ym，長30—lMy”)的小單晶體。從結構上看，晶須的特點是沒有微裂紋、位偌、孔洞和表面損傷等一類缺陷，而這些缺陷正是大塊晶體中大量存在且促使強度下降的主要原因。在某些情況下，晶須的拉伸強度可達o1Z(Z為楊氏模量)，這已非常接近十理論上的理想拉伸強度o2Z。而相比之下多晶的金屬纖維和塊狀金屬的拉伸強度只有o025和oo01f。在

4、陶瓷基復合材料使用得較為普遍的是SiC、Al2O3、以及Si3N4N晶須。顆粒也是陶瓷材料中常用的一種增強體，從幾何尺寸上看、它在各個方向上的長度是大致相同的，—般為幾個微米。通常用得較多的顆粒也是SiC、Al2O3、以及Si3N4N。顆粒的增韌效果雖不如纖維和晶須，但如恰當選擇顆粒種類、粒徑、含量及基體材料，仍可獲得一定的韌化效果，同時還會帶來高溫強度，高溫蠕變性能的改善。所以，顆粒增韌復合材料同樣受到重視并對其進行了一定的研究。在陶

5、瓷材料中加入第二相纖維制成的復合材料是纖維增強陶瓷基復合材料，這是改善陶瓷材料韌性酌重要手段，按纖維排布方式的不同，又可將其分為單向排布長纖維復合材料和多向排布纖維復合材料。單向排布纖維增韌陶瓷基復合材料的顯著特點是它具有各向異性，即沿纖維長度方向上的縱向性能要大大高于其橫向性能。在這種材料中，當裂紋擴展遇到纖維時會受阻這樣要使裂紋進一步擴展就必須提高外加應力。圖7—15為這一過程的示意圖。當外加應力進一步提高時由于基體與纖維間的界面的