韧性陶瓷材料

《韧性陶瓷材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、在室温或较低温度下，由于陶瓷结合键的特性，使得陶瓷不易发生塑性变形，通常呈现出典型的脆性断裂。这大大影响了陶瓷的应用范围。那么如何才能提高陶瓷材料的韧性呢？1>细晶增韧应在陶瓷材料烧结是添加熔点较高的添加剂，这样再陶瓷烧结时，高熔点添加剂会阻碍晶粒的长大，从而得到细小的晶粒。多晶陶瓷在塑性变形中，晶粒的尺寸与形状基本保持不变，塑性变形的主要贡献来源于晶界相的滑动或流动。晶粒越细晶界所占的比例越人，因此室温下通过品粒细化可以提高陶瓷的强度和韧性。2、纤维增韧为了提高复合材料的韧性，必须尽可能提高材料断裂时消耗的能量。任何固体材料在载荷作用下（静态或冲击）,吸收能量的方式无非是两种:材料变形和

2、形成新的表面。对于脆性基体和纤维来说，允许的变形很小，因此变形吸收的断裂能也很少。为了提高这类材料的吸能，只能是增加断裂表面,即增加裂纹的扩展路径。纤维拔出是纤维复合材料的主要增韧机制，通过纤维拔出过程的摩擦耗能，使复合材料的断裂功增大。纤维的引入不仅提高了陶瓷材料的韧性,更重要的是使陶瓷材料的断裂行为发生了根本性变化，由原来的脆性断裂变成了非脆性断裂。相变增韧主要是利用相变特性来提高陶瓷材料的断裂韧性和抗弯强度，使其具有优良的力学性能，低的导热系数和良好的抗热震性。如：ZrO2陶瓷从高温冷却到室温眄要经历的同质异构转变，其中t-*m会产生3%~5%的体积膨胀和7%~8%的剪切应变，由于Z

3、rO2自身马氏体转变的这个特点，引起显著裂纹韧化和残余应力韧化，可使韧性得到显著提高。ZrO2的增韧机制一般认为有应力诱导相变增韧、微裂纹增韧、压缩表面韧化。⑴应力诱导相变ZrO2在室温下为单斜晶系，温度达到1170°C时转化为亚稳态四方晶型，在应力作用下可诱发相变重新回到单斜晶,此时伴随体积膨胀，导致微裂纹闭合，从而韧化陶瓷,或者说在裂纹尖端应力场的作用下ZrO2粒子发生四方-单斜相变而吸收了能量，即外力做了功，从而提高了断裂韧性。这就是应力诱导相变。(2)微裂纹增韧不同基体中室温下ZrO2颗粒保持四方相的临界尺寸不同，当某颗粒大于临界尺寸时，室温四方相已转变为单斜相并在其周围的基体中形

4、成微裂纹。当主裂纹扩展到ZrO2颗粒时，这种均匀分布的微裂纹可以缓和主裂纹尖端的应力集屮或使主裂纹分叉而吸收能量,这就是ZrO2的微裂纹增韧。(3)压缩表面韧化研磨相变韧化ZrO2的表面，可以使表面层的四方相ZrO2颗粒转变为单斜相，并产生体积膨胀，形成压缩表面层，从而强化瓷。ZrO2增韧AI2O3陶瓷刀具是典型的相变增韧陶瓷,美国和瑞典研制的ZrO2增韧陶瓷刀片具有相当高的刀刃强度和耐磨性，用于加工合金钢时，粗车速度为3・3m/sz精车速度为15m/so它可以在高于硬质合金刀具4~5倍的切削速度下加工高温合金颗粒增韧用颗粒作为增韧剂，制备颗粒增韧陶瓷基复合材料,其原料的均匀分散及烧结致密

5、化都比短纤维及晶须复合材料简便易行。从增韧机理上分,颗粒增韧分为非相变第二相颗粒增韧、延性颗粒增韧、纳米颗粒增韧。非相变第二相颗粒增韧主要是通过添加颗粒使基体和颗粒间产生弹性模量和热膨胀失配来达到强化和增韧的目的，此外,基体和第二相颗粒的界面在很大程度上决定了增韧机制和强化效果。延性颗粒增韧是在脆性陶瓷基体中加入第二相延性颗粒来提高陶瓷的韧性,一般加入金属粒子。不仅改善了陶瓷的烧结性能，而且可以以多种方式阻碍陶瓷中裂纹的扩展，如裂纹的钝化、偏转、钉扎及金属粒子的拔出等,使得复合材料的抗弯强度和断裂韧性得以提高。第二相增韧颗粒从微米级减小到亚微米或纳米时，材料的性能同样会发生显著变化,纳米复

6、相陶瓷便应运而生。由于陶瓷本身具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等特性，因此在各方面都有广泛应用，但由于陶瓷的脆性，是其应用范围大打折扣。因此，韧性陶瓷将得到更加广泛的应用。女口：韧性陶瓷制作的餐具粗了不怕撞击、不怕摔的优点以外，还具有强度大、硬度高、耐化学腐蚀等优点；还有许多先进武器装备上的应用等。