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1、一汪长安等晶须增韧补强陶瓷基复合材料的若干关键技术研究!晶须定向排币工艺及其复合材料力学性能晶须增韧补强陶瓷基复合材料的若干关键技术研究!晶须定向排布工艺及其复合材料力学性能!!∀年#月∃%日收到&汪长安黄勇郭海李建保清华大学材料科学与工程系北京%%%∋钓摘要研究了晶须定向排布工艺及其复合材料的力学性能。通过挤制成型,较好地完成了晶须的一维定向排布或择优取向。结果表明,晶须定向排布能同时较大幅度地提高复合材料,。的杭弯强度和断裂韧性充分地发挥了晶须的增韧补强作用(,,,关键词挤制成型晶须定向
2、排布复合材料力学性能己)雀,∗口)二二晶须增,、韧补强陶瓷基复合材料是一种重要的结构陶瓷材料尤其在高温燃气轧机等高温耐磨部件方面有着十分广阔的应用前景。从#%年代起,国内外材料科学工作者就对其高度重视并取得了较大的研究进展。研究结果表明,采用晶须作为增韧体,能有效地提高陶瓷材料的强度、韧,,’。而且制备工艺简单易行还可解决高温下增韧的问题+〕性和可靠性,关于晶须在所增韧的复合材料中择优地取向分布而使复合材料出现各向异性早期的研究中,,仁3口〔∃4。,就有报道例如,−./−012和玉利等人都分别有过报道人们发
3、现如果在制备过程中控制晶,,。,须的方位使其定向排布则可使晶须复合材料在某些方位上获得非常高的力学性能例如通,)过挤制成型可以使晶须定向排布而且大大地改善了复合材料的力学性能56768等人川研究了用∃‘,挤制成型和热压烧结的方法制备9:;7<=>.;&?=>≅复合材料发现挤制成型可以使晶须呈现较,,),好的一维定向排布在晶须排布的方向上抗弯强度提高了%一Α%&Χ可达到Δ3%Β1Χ以上Β1·‘?3。。二∀二,断裂韧性也提高了9Β1ΧΕΦΓΧ7ΗΙϑ等人川也有类似的报道ΒΧ7ΗΙ>ϑ等人采用流延法,,6Β>
4、76ΕΒ等人川采用粉浆浇注法也完成了晶须定向排布而且都不同程度地提高了复合材料的力学性能。我们也开展了晶须定向排布工艺以及对力学性能的影响方面的研究,现将研究结果作一报道。二、研究的思路及制备方法)晶须方位角与增韧机理,在,,由于晶须尺寸很小通常情况下晶须在基体中的方位不象长纤维那样有序地排列而是,。要随机地分布这样就得使晶须的增韧机制和作用过程非常复杂想充分地发挥晶须的增韧补强,,作用大幅度地提高晶须增韧复合材料的力学性能不仅要考虑各相之间的物性结合和界面行为等,。复合材料的共性增韧相的方位分布及相关的一
5、系列问题也需要进一步研究∋∀∃计划资助项目∃一高技术通讯∀##∃%&%,晶在晶须补强陶瓷基复合材料中须的增韧作用主要来自于裂纹尖端后方裂纹面之间晶+#一吧7受∗二#+,。考心‘、)口髻#厂、%明(∋%须的桥联行为根据对晶须补强陶瓷基复合材−.叭/,“、口、、料的断裂过程及断的大量实验观察我们对、01黔%皿#!−2∗#1。型裂纹尖端后方晶须的受力行为进行了分3456!。#∀尽析阁结果表明随着裂纹张口位移的增大晶∃%、一须所受的最大拉应力晶须基体界面所∋应力下、以及晶须受的最大剪&拉根部附近基()随体所受
6、的拉应力着晶须在基体中的方位−侧,8:,画#(9#砂角。的变化而产生不同的响应从而导致了增9。图∗显示图晶须的增韧机制与方位角的关系韧机制的方位角依赖性了一个代表。∀性的晶须破坏模式与晶须方位角。的关系从图∗中可以看出晶须破坏的三种模式随着裂纹张口,,一,位移。的增大如果。较大晶须根部附近的基体因受晶须很大的撬曲力而首先破坏&3;569<一,<基体损坏模式∋晶须在很小的−角范围内才可能拔出&34569晶须拔出模式∋在相当大的。,:一,,,角范围内晶须都是被拉断或折断&345!晶须拉&折∋断模式∋当然晶须的破
7、坏模式和增韧机理还受界面断裂能、晶须、基体和界面的强度比、晶须的长径比等因素影响。,,,根据以上分析可知在晶须增韧机理中一个重要的影响因素就是晶须的方位角不同的晶,,。,须方位角晶须的受力状态不同从而导致了不同的晶须破坏方式和增韧机制一般来说对于晶,,须的桥接和拔出机制在复合材料受力断裂时只有那些垂直于裂纹面的晶须才能起到较好的,。,、增韧补强作用而倾斜的或平行于裂纹面的晶须所起的作用较小或不起作用因此在晶须基,,体界面结合适中的情况下如果能使晶须朝同一方向排布这样当材料在垂直于晶须排布方向受,。,,而力时
8、晶须将能够以较大的几率拔出或折断后拔出在拔出过程中晶须将消耗大量的断裂功起到较好的增韧补强作用。如果能实现晶须的定向排布或择优取向,那么有可能在人们期望的方向上达到较好的性能,充分地发挥晶须的增韧补强作用。#=ΒΔ定向排布的>∗&?∋≅ΑΧ复合’材料的制备一ΓΗ=一‘,二气二,Γ,ϑ一一Κ卜Ι9Β<、∋Γ止二将陶瓷粉料&ΕΑΧΕ!Φ晶须以及,助烧剂∋充分混料后与一定量的粘,,合剂一起轧膜练泥经陈腐后挤制Λ万,二成
