《陶瓷基复合材料》PPT课件

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1、第八章陶瓷基复合材料8.1陶瓷基复合材料的种类及基本性能8.2陶瓷基复合材料的成型加工技术8.3陶瓷基复合材料的应用18.1陶瓷基复合材料的种类及基本性能现代陶瓷材料具个耐高温、耐磨损、耐腐蚀及重量轻等许多优良的性能。但是，陶瓷材料同时也具有致命的缺点，即脆性，这一弱点正是目前淘瓷材料的使用受到很大限制的主要原因。2因此，陶瓷材料的韧性化问题便成了近年来陶瓷工作者们研究的一个重点问题。现在这方面的研究巳取得了初步进展，探索出了若干种韧化陶瓷的途径。3其中，往陶陶瓷材料中加入起增韧作用的第二相而制成陶瓷基复合材料即是一种重要方法。48.1.1陶瓷基复合材料的基体与增强体1．陶瓷基复合材

2、料的基体陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物而不是单质，所以它的结构远比金属合金复杂得多。5现代陶瓷材料的研究，最早是从对硅酸盐材料的研究开始的，随后又逐步扩大到了其他的无机非金属材料。目前被人们研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。62．陶瓷复合材料的增强体陶瓷基复合材料中的增强体，通常也称为增韧体。从几何尺寸上增强体可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。7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。工业上主要采用有机母体的热氧化和石墨化。8碳纤维的生产过

3、程主要包括三个阶段。第一阶段在空气中于200~400℃进行低温氧化；第二阶段是在惰性气体中在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。9目前，碳纤维常规生产的品种主要有两种，即高模量型和低模量型。其中，高模量型的拉伸模量约为400GPa，拉伸强度约为1.7GPa；低模量型的拉伸模量约为240GPa，拉伸强度约为2.5GPa。10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，在1500℃的温度下，碳纤维仍能保持其性能不变。11但是，必须对碳纤维进行有效的保护以防止它在空气中或氧化性气氛中被腐蚀，只有这样，才能充分发挥它的优良

4、性能。12陶瓷基复合材料中的增强体中，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：13玻璃球玻璃球再熔化连续纤维上浆纱线绕线筒玻璃纤维生产流程图将玻璃小球熔化，然后通过1mm左右直径的小孔把它们拉出来。另外，缠绕纤维的心轴的转动速度决定纤维的直径，通常为10um的数量级。14为了便于操作和避免纤维受潮并形成纱束，在刚凝固成纤维时，表面就涂覆薄薄一层保护膜，这层保护膜还有利于与基体的粘结。15玻璃的组成可在一个很宽的范围内调整，因而可生产出具有较高杨氏模量的品种，这些特殊品种的纤维通常需要在较高的温度下熔化后拉丝，因而成本较高，但可满足制造一些有特殊要求的复合材料。16

5、还有一种常用的纤维是硼纤维。它属于多相的，又是无定形的，因为它是用化学沉积法将无定形硼沉积在钨丝或者碳纤维上形成的。17在实际结构的硼纤维中，由于缺少大晶体结构，使其纤维强度下降到只有晶体硼纤维一半左右。18由化学分解所获得的硼纤维的平均性能为，杨氏模量420GPa，拉伸强度2.8GPa。硼纤维对任何可能的表面损伤都非常敏感，甚至比玻璃纤维更敏感，热或化学处理对硼纤维都有影响，高于500℃时强度会急剧下降。19为了阻止随温度而变化的降解作用，已采用了不同类型的涂层作试验。例如，商业上使用的硼纤维通常是在表面涂了一层碳化硅，它可使纤维长期暴露在高温后仍有保持室温强度的优点。20陶瓷材料

6、中另一种增强体为晶须。晶须为具有一定长径比(直径0.3~1um,长30~100um)的小单晶体。1952年，Herring和Galt验证了锡的晶须的强度比块状锡高得多，这促使人们去对纤维状的单晶进行详细的研究。21从结构上看，晶须的特点是没有微裂纹、位错、孔洞和表面损伤等一类缺陷，而这些缺陷正是大块晶体中大量存在且促使强度下降的主要原因。22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。23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

7、。在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是SiC、A12O3及Si3N4晶须。24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。25颗粒的增韧效果虽不如纤维和晶须，但是，如果颗粒种类、粒径、含量及基体材料选择适当仍会有一定的韧化效果，同时还会带来高温强度，高温蠕变性能的改善。所以，颗粒增韧复合材料同样受到重视并对其进行了一定的研究。268.1.2纤维增强陶瓷基复合材料在