电子工艺材料第5章 陶瓷及陶瓷基复合材料(CMC).ppt

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1、第六章陶瓷及陶瓷基复合材料(CMC)第一节概述陶瓷复合材料的韧性第二节陶瓷基体一、氧化铝陶瓷性能特点：（1）硬度高，耐磨性好（2）耐高温性能好（3）耐腐蚀性好（4）电绝缘性好二、氮化硅陶瓷以反应烧结（Si粉＋95%N2＋5%H2）或热压烧结（Si3N4+MgO）制备性能特点：（1）强度高（2）抗热震性和抗高温蠕变性能也比其它陶瓷好（3）硬度高，摩擦系数小，只有0.1－0.2，是一种极优良的耐磨材料（4）自润滑性（5）良好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐所有的无机酸和某些减溶液的腐蚀，并能抵抗熔融有色金属(如铝、锡、锌、镍、金、银、铜等)的侵蚀（6）抗氧化

2、温度可达1000（7）氮化硅的电绝缘性也很好Si3N4+Al2O3三、碳化硅陶瓷由反应烧结法（α-SiC+C粉烧结）和热压烧结（SiC+促进剂）法制备特点：较高的高温强度较高的热导率较好的热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性四、玻璃陶瓷含有大量微晶体的玻璃称为微晶玻璃或玻璃陶瓷。常用的玻璃陶瓷有锂铝硅（Li2O-Al2O3-SiO2，LAS）和镁铝硅(MgO-Al2O3-SiO2，MAS)两个体系。特点：低密度，2.0-2.8g/cm3高弹性模量（80－140GPa）和弯曲强度(70-350MPa)第三节CMC制备工艺一、粉末冶金法将陶瓷粉末、增强材料

3、(颗粒或纤维)和加入的粘结剂混合均匀后，冷压制成所需形状，然后进行烧结或直接热压挠结或等静压烧结制成陶瓷基复合材料。二、浆体法三、反应烧结法四、液态浸渍法五、溶胶—凝胶法溶胶—凝胶(So1—Gel)技术是指金属有机或无机化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理生成氧化物或其它化合物固体的方法。六、化学气相浸渍法第四节CMC界面一、CMC界面的特点CMC一般制备的温度较高，原子的活性增大，原子的扩散速度较室温大得多，增强相与陶瓷基体的之间原子扩散更容易，在界面上形成固溶体和化合物，此时，增强体与基体之间的界面是具有一定厚度的界面反应区，它与基体和增强体

4、都能较好的结合。但反应产物一般是脆性的，界面的脆性也较大。二、控制CMC界面的途径过低和过高的界面结合强度都是有害的。对于CMC，为获得最佳的界面结合强度，我们常常希望完全避免界面间的化学反应或尽量降低界面间的化学反应程度和范围。因此，经常采用涂层的方法限制界面反应的发生，防止界面结合过强和脆性界面层的形成。PMC、MMC、CMC的界面性质比较共同点：机械结合、物理结合和化学结合各自的特点：PMCMMC　　　　　CMC多为物理结合　　　　物理和化学　　多为化学结合界面稳定　　　　　与界面类型有关　不稳定一般不与基体反应　可能会反应　　　一般会生成固　　

5、　　　　　　　　　　　　　　溶体和化合物PMC、MMC、CMC的界面处理方法PMC　　　　MMC　　　　CMC目的：改善浸润性　　控制界面　　　提高韧性反应层的形成方法　使用偶联剂　　表面处理　　　稳定涂层表面氧化　　　基体改性C，BN聚合物涂层第五节CMC的性能一、室温力学性能1.拉伸强度及弹性模量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：(a)突然失效。界面结合强度较高，纤维断裂。(b)塑性失效。界面结合相对较弱，基体裂纹沿着纤维展，纤维失效前，纤维—基体界面脱粘。SiC/LAS玻璃陶瓷的脆性失效基体开始开裂纤维断裂塑性失效曲线2．压缩及

6、弯曲强度基体开裂纤维断裂纤维脱粘3.断裂韧性随纤维含量增加，断裂韧性KIC增加。纤维拔出与裂纹偏转是复合材料韧性提高的主要机制。纤维过量后，局部分散不均匀，相对密度降低，气孔率增加，其抗弯强度反而降低。4．影响因素(1)增强相的体积含量基体孔隙的影响和修正基体孔隙效应(2)热膨胀系数的影响SiC纤维的热膨胀系数为30×10－10℃。当微晶玻璃基体的αm调节到比加人纤维的αf稍低的范围时，基体受到的是压应力，复合材料的抗弯强度和断裂韧性较高，当αm大于αf时，基体从所受压应力状态改变至张应力状态，强度下降，但裂纹扩展偏转增韧使断裂韧性上升。(3)密度随着

7、密度增加，复合材料的强度和韧性增加(4)颗粒含量和粒径抑制基体晶粒的生长，形成细晶结构，高弹性模量的SiC分散材料内部的应力集中，SiC颗粒钝化了裂纹尖端，从而降低了材料的应力集中。SiC颗粒的加入本身也引入了缺陷，使得裂纹偏转二、高温力学性能1．强度模量断裂韧性没有增强时，断裂韧性随温度升高而降低，有晶须增强后，因纤维拔出，在高温随温度升高而增大2.蠕变在高温或高应力的作用下，玻璃发生粘性流动，应变急剧增大3．热冲击性（热震性)大多数陶瓷在经受剧烈的冷热变化时，容易发生开裂而破坏。材料经受剧烈的温度变化或在一定起始温度范围内冷热交替作用而不致破坏的能

8、力称之为抗热震性，也称之为耐热冲击性或热稳定性。氧化铝陶瓷起始氧化铝陶瓷水淬一次材料的弹性模量