[精品]陶瓷基復(fù)合材料

1、陶瓷基復(fù)合材料綜述報(bào)告摘要：本文論述了陶瓷基復(fù)合材料增強(qiáng)體的種類(lèi)，陶瓷基復(fù)合材料的界面及強(qiáng)韌 話理論，并且介紹了陶瓷基復(fù)合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)關(guān)鍵詞：增強(qiáng)體 界面強(qiáng)韌化1陶瓷基復(fù)合材料增強(qiáng)體用于復(fù)合材料的增強(qiáng)體品種很多，根據(jù)復(fù)合材料的性能要求，主要分為以下幾種 1.1纖維類(lèi)增強(qiáng)體纖維類(lèi)增強(qiáng)體有連續(xù)長(zhǎng)纖維和短纖維。連續(xù)長(zhǎng)纖維的連續(xù)長(zhǎng)度均超過(guò)數(shù)百。纖維 性能冇方向性，一般沿軸向均有很高的強(qiáng)度和彈性模量。連續(xù)纖維中又分為單絲 和束絲，碳（石墨）纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維（燒結(jié)法制）、碳化硅纖維 是以500-12000根直徑為5.614微米的細(xì)纖維組成束絲作為增強(qiáng)體使用。而硼 纖維、碳化硅纖維是以直

2、徑為95140微米的單絲作為增強(qiáng)體使用。連續(xù)纖維制 造成木高、性能高，主要用于高性能復(fù)合材料。短纖維連續(xù)長(zhǎng)度一般幾十毫米， 排列無(wú)方向性，一般采用生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高的噴射成型制造。其性能一般 比長(zhǎng)纖維低。增強(qiáng)體纖維主要包括無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維。1.2顆粒類(lèi)增強(qiáng)體顆粒類(lèi)增強(qiáng)體主要是一些具有高強(qiáng)度、高模量。耐熱、耐磨。耐高溫的陶瓷等無(wú) 機(jī)非金屬顆粒，主要有碳化硅、氧化鋁、碳化鈦、石墨。細(xì)金剛石、高嶺土、滑 石、碳酸鈣等。主要還冇一些金屬和聚合物顆粒類(lèi)增強(qiáng)體，后者主要冇熱塑性樹(shù) 脂粉末1.3晶須類(lèi)增強(qiáng)體晶須是在人工條件下制造出的細(xì)小單晶，一般呈棒狀，其直徑為0.21微米，長(zhǎng) 度為幾十微米，由于其具

3、有細(xì)小組織結(jié)構(gòu)，缺陷少，具有很高的強(qiáng)度和模量。1.4金屬絲用于復(fù)合材料的高強(qiáng)福、高模量金屬絲增強(qiáng)物主要有皺絲、鋼絲、不銹鋼絲和鵠 絲等，金屈絲一般用丁金屈基復(fù)合材料和水泥基復(fù)合材料的增強(qiáng)，但前者比較多 見(jiàn)。1.5片狀物增強(qiáng)體用于復(fù)合材料的片狀壊強(qiáng)物主要是陶瓷薄片。將陶瓷薄片疊壓起來(lái)形成的陶瓷復(fù) 合材料貝有很高的韌性。2陶瓷基的界面及強(qiáng)韌化理論陶瓷基復(fù)合材料（cmc）具有高強(qiáng)度、高碩度、高彈性模量、熱化學(xué)穩(wěn)定性 等優(yōu)異性能，被認(rèn)為是推重比10以上航空發(fā)動(dòng)機(jī)的理想耐高溫結(jié)構(gòu)材料。界面 作為陶瓷基復(fù)合材料重要的組成相，其細(xì)觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和失效規(guī)律直接影 響到復(fù)合材料的整體力學(xué)性能，因此研究界面特性

4、對(duì)陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能 的影響具冇重要的意義。2.1界面的粘結(jié)形式（1）機(jī)械結(jié)合（2）化學(xué)結(jié)合陶瓷基復(fù)合材壟矍往在高溫卜制備，由于增強(qiáng)體與基體的原了擴(kuò)散，在界面上更 易形成固溶體和化合物。此時(shí)其界而是具冇一定厚度的反應(yīng)區(qū)，它與基體和增強(qiáng) 體都能較好的結(jié)合，但通常是脆性的。若增強(qiáng)體與基體在高溫吋不發(fā)生反應(yīng)，那么在冷卻下來(lái)吋，陶瓷的收縮大于增強(qiáng) 體，由此產(chǎn)生的徑向壓應(yīng)力i與界而剪切應(yīng)力ot冇關(guān)：t = u （it , u為摩擦系 數(shù)，一般取 0.10.6。2.2界面的作用陶瓷基復(fù)合材料的界面-方面應(yīng)強(qiáng)到足以傳遞軸向載荷并具有高的橫向強(qiáng)度；另 一方面要弱到足以沿界面發(fā)生橫向裂紋及裂紋偏轉(zhuǎn)直到纖維的

5、拔出。因此，陶瓷 基復(fù)合材料界面要有一個(gè)最佳的界面強(qiáng)度。強(qiáng)的界面粘結(jié)往往導(dǎo)致脆性破壞，裂 紋在復(fù)合材料的任一部位形成并迅速擴(kuò)展至復(fù)合材料的橫截而，導(dǎo)致平而斷裂。 這是由于纖維的彈性模量不是大大高于基體，因此在斷裂過(guò)程中，強(qiáng)界面結(jié)合不 產(chǎn)生額外的能量消耗。若界面結(jié)合較弱，當(dāng)基體屮的裂紋擴(kuò)展至纖維時(shí)，將導(dǎo)致 界面脫粘，發(fā)生裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋搭橋、纖維斷裂以至于最后纖維拔岀。所冇這些 過(guò)程都要吸收能量，從而提高復(fù)合材料的斷裂韌性。2.3強(qiáng)韌化技術(shù) 2.1.1纖維增韌為了提高復(fù)合材料的韌性，必須盡可能提高材料斷裂時(shí)消耗的能量。任何固體材 料在載荷作用下（靜態(tài)或沖擊），吸收能量的方式無(wú)非是兩種:材料變形和形

6、成新的 表面。對(duì)于脆性基體和纖維來(lái)說(shuō)，允許的變形很小，因此變形吸收的斷裂能也很少。 為了捉高這類(lèi)材料的吸能,只能是增加斷裂表而，即增加裂紋的擴(kuò)展路徑。纖維的 引入不僅提高了陶瓷材料的韌性，更重要的是使陶瓷材料的斷裂行為發(fā)生了根本 性變化，由原來(lái)的脆性斷裂變成了非脆性斷裂。纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的增韌 機(jī)制包括基體預(yù)壓縮應(yīng)力、裂紋擴(kuò)展受阻、纖維拔出、纖維橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)、相 變?cè)鲰g等。能用于增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的纖維種類(lèi)較多，包括氧化鋁系列（包括莫 來(lái)右）、碳化硅系列、氮化硅系列、碳纖維等，除了上述系列纖維外,目前正在開(kāi)發(fā) 的還有bn、tic、b4c等復(fù)相纖維。韓桂芳等4用漿料法結(jié)合真空浸滲工藝，制

7、 備了二維（2d）石英纖維增強(qiáng)多孔si3n4-sio2基復(fù)合材料，增加浸滲次數(shù)雖不能有 效提高復(fù)合材料強(qiáng)度，但卻使裂紋偏轉(zhuǎn)因子變小，斷裂模式由韌性斷裂向脆性斷裂 轉(zhuǎn)變，斷i i形貌由纖維成束拔出變?yōu)槎嗉?jí)拔出。纖維拔出是纖維復(fù)合材料的主要 增韌機(jī)制，通過(guò)纖維拔出過(guò)程的摩擦耗能，使復(fù)合材料的斷裂功增大，纖維拔出過(guò) 程的耗能取決于纖維拔出長(zhǎng)度和脫粘面的滑移阻力,滑移阻力過(guò)大，纖維拔岀t度 較短,增韌效果不好，如果滑移阻力過(guò)小，盡管纖維拔出較長(zhǎng)，但摩擦做功較小，增韌 效果也不好，反而強(qiáng)度較低。纖維拔出長(zhǎng)度取決于纖維強(qiáng)度分布、界面滑移阻力。 因此,在構(gòu)組纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)該考慮:纖維的強(qiáng)度和模

8、量高于基體, 同時(shí)要求纖維強(qiáng)度具冇一定的weibull分布;纖維與基體z間具有良好的化洋相 容性和物理性能匹配;界面結(jié)合強(qiáng)度適中，既能保證載荷傳遞，乂能在裂紋擴(kuò)展中 適當(dāng)解離，又能有較長(zhǎng)的纖維拔出，達(dá)到理想的增韌效果。2.1.2晶須增韌陶瓷品須是具有一定長(zhǎng)徑比且缺陷很少的陶瓷小單晶,因而貝有很高的強(qiáng)度，是一 種非常理想的陶瓷基復(fù)合材料的增韌增強(qiáng)體。陶瓷品須目前常用的有sic品 須,si3n4晶須和a12o3晶須?；莩Ｓ玫挠衵ro2,si3n4,sio2,a12o3和莫來(lái)石等。 黃政人等9采用30%（體積分?jǐn)?shù)）p -sic晶須增強(qiáng)莫來(lái)石，在sps燒結(jié)條件下材料 強(qiáng)度比熱壓高10%左右，為570

9、 mpa,斷裂韌性為4 - 5 mpa - ml/2比純莫來(lái)石提 高100%以上。晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的主耍增韌機(jī)制包括晶須拔出、裂紋偏 轉(zhuǎn)、品須橋聯(lián)、其增韌機(jī)理與纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料相類(lèi)似。品須增韌效果不 隨溫度而變化，因此，晶須增韌被認(rèn)為是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料的主要增韌方式。 晶須增韌陶瓷復(fù)合材料主要有2種方法:（1）外加晶須法:即通過(guò)晶須分散、晶須與 基體混合、成形、再經(jīng)鍛燒制得增韌陶瓷。如加入到氧化物、碳化物、氮化物等 基體中得到增韌陶瓷復(fù)合材料,此法目前較為普遍;(2)原位牛長(zhǎng)晶須法:將陶瓷基 體粉末和晶須生長(zhǎng)助劑等直接混合成形，在一定的條件下原位合成晶須，同時(shí)制備 出含有該晶須

10、的陶瓷復(fù)合材料，這種方法尚未成熟，有待進(jìn)一步探索。晶須增韌陶 瓷基復(fù)合材料與很多因索冇關(guān)，首先晶須與基體應(yīng)選擇得當(dāng),二者的物理、化學(xué)相 容性要匹配才能使陶瓷復(fù)合材料在韌性上得到提高。其次品須的含量存在臨界含 量和最佳含量。此外，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性述與品須的強(qiáng)度、界而的性質(zhì)等冇關(guān)。2.1.3相變?cè)鲰g相變?cè)鲰gzro2陶瓷是一種極有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)陶瓷，其主要是利用zro2相 變特性來(lái)提高陶瓷材料的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度，使其具冇優(yōu)良的力學(xué)性能，低的導(dǎo) 熱系數(shù)和良好的抗熱震性。它還可以用來(lái)顯著提高脆性材料的韌性和強(qiáng)度，是復(fù) 合材料和復(fù)合陶瓷屮重要的增韌劑。近十年來(lái)，具冇各種性能的zro2陶瓷和以zro

11、2為相變?cè)龌u物質(zhì)的復(fù)合陶瓷迅速發(fā)展，在工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域獲得了 日益廣泛的應(yīng)用。zro2在常壓及不同的溫度下，具有立方(c-zro2)四方(t-zro2) 及單斜(mzro2)等3種不同的晶體結(jié)構(gòu)18。當(dāng)zro2從高溫冷卻到室溫時(shí)，要經(jīng) 歷ctm的同質(zhì)異構(gòu)轉(zhuǎn)變，其中t-*m會(huì)產(chǎn)生3%5%的體積膨脹和7%8%的剪 切應(yīng)變，由于zro2自身馬氏體轉(zhuǎn)變的這個(gè)特點(diǎn)，引起顯著裂紋韌化和殘余應(yīng)力韌 化，可使韌性得到顯著提高。zro2的增韌機(jī)制一般認(rèn)為有應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g、微 裂紋增韌、壓縮表面韌化在實(shí)際材料屮究竟何種增韌機(jī)制起主導(dǎo)作用,在很大 程度上取決于四方相向單斜相馬氏體相變的程度高低及相變?cè)诓牧?/p>

12、中發(fā)生的部 位。(1) 應(yīng)力誘導(dǎo)相變zro2在室溫下為單斜晶系，溫度達(dá)到1 170°c時(shí)轉(zhuǎn)化為亞穩(wěn)態(tài)四方晶型，在應(yīng)力作 用下可誘發(fā)相變重新冋到單斜晶，此吋伴隨體積膨脹，導(dǎo)致微裂紋閉合，從而韌化 陶瓷,或者說(shuō)在裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的作用下zro2粒子發(fā)生四方斜相變而吸收了 能量,即外力做了功，從而提高了斷裂韌性。這就是應(yīng)力誘導(dǎo)相變。(2) 微裂紋增韌不同基體中室溫下zro2顆粒保持四方相的臨界尺寸不同,當(dāng)某顆粒大于臨界尺 寸吋,室溫四方相已轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嗖⒃谄渲車(chē)幕w屮形成微裂紋。當(dāng)主裂紋擴(kuò) 展到zro2顆粒時(shí)，這種均勻分布的微裂紋可以緩和主裂紋尖端的應(yīng)力集中或使 主裂紋分叉而吸收能量,這就

13、是zro2的微裂紋增韌。(3) 壓縮表而韌化研磨相變韌化zro2的表面，可以使表面層的四方相zro2顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?，并產(chǎn) 生體積膨脹，形成壓縮表面層,從而強(qiáng)化瓷。zro2增韌a12o3陶瓷刀具是典型的 相變?cè)鲰g陶瓷，美國(guó)和瑞典研制的zro2增韌陶瓷刀片具冇相當(dāng)高的刀刃強(qiáng)度和 耐磨性，用于加工合金鋼時(shí)，粗車(chē)速度為3 3 m/s,精車(chē)速度為15 m/s。它可以在高 于硬質(zhì)合金刀具45倍的切削速度下加工高溫合金。2.1.4顆粒增韌用顆粒作為增韌劑，制備顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料，其原料的均勻分散及燒結(jié)致密 化都比短纖維及晶須復(fù)合材料簡(jiǎn)便易行。因此，盡管顆粒的增韌效果不如晶須與 纖維，但如顆粒種類(lèi)、粒徑

14、、含量及基體材料選擇得當(dāng),仍有一定的韌化效杲，同時(shí) 會(huì)帶來(lái)高溫強(qiáng)度、高溫蠕變性能的改善。所以，顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料同樣受 到重視，并開(kāi)展了有效的研究工作。從增韌機(jī)理上分,顆粒增韌分為非相變笫二相 顆粒增韌、延性顆粒增韌、納米顆粒增韌。非相變第二相顆粒增韌主要是通過(guò)添 加顆粒使基體和顆粒間產(chǎn)生彈性模量和熱膨脹失配來(lái)達(dá)到強(qiáng)化和增韌的目的，此 外，基體和第二相顆粒的界面在很大程度上決定了增韌機(jī)制和強(qiáng)化效果，目前使用 的較多的是氮化物和碳化物等顆粒。延性顆粒增韌是在脆性陶瓷基體中加入第二 相延性顆粒來(lái)提高陶瓷的韌性,一般加入金屬粒子。金屬粒子作為延性第二相引 入陶瓷基體內(nèi)，不僅改善了陶瓷的燒結(jié)性能，

15、而且可以以多種方式阻礙陶瓷中裂紋 的擴(kuò)展，如裂紋的鈍化、偏轉(zhuǎn)、釘扎及金屈粒了的拔出等，使得復(fù)合材料的抗彎強(qiáng) 度和斷裂韌性得以捉高。金屈粒子增韌陶瓷的增韌效果歸因于金屈的塑性變形或 裂紋偏轉(zhuǎn)，且其韌化行為強(qiáng)烈取決于金屬粒子的形狀。當(dāng)其形狀是顆粒狀時(shí)，增韌 機(jī)制主要是裂紋偏轉(zhuǎn);而金屬的議性變形則主要發(fā)牛于金屬呈纖維、薄片等形狀 存在的復(fù)合材料中。第二相增韌顆粒從微米級(jí)減小到亞微米或納米時(shí)，材料的性 能同樣會(huì)發(fā)生顯著變化,納米復(fù)相陶瓷便應(yīng)運(yùn)而生。在實(shí)現(xiàn)陶瓷的完全納米化比 較困難的情況下，納米復(fù)合增韌則是一種非常切實(shí)可行的技術(shù)。2 j 5納米復(fù)合陶瓷增韌納米技術(shù)一出現(xiàn)，便在改善傳統(tǒng)材料性能方面顯示出極

16、大的優(yōu)勢(shì)，該方面的研究有 口j能使陶瓷增韌技術(shù)獲得革命性突破。納米陶瓷由于晶粒的細(xì)化,晶界數(shù)量會(huì)極 大增加，同時(shí)納米陶瓷的氣孔和缺陷尺寸減小到一定尺寸就不會(huì)影響到材料的宏 觀強(qiáng)度，結(jié)果可使材料的強(qiáng)度、韌性顯著增加。張存滿等26的研究表明:在a12o3 基體內(nèi)加入體積分?jǐn)?shù)為5%10%的納米sicp,可以使其抗彎強(qiáng)度從單相ai2o3陶 瓷的350 mpa提高到1 030mpa,斷裂韌性從3 5 mpa ml/2提高到4 7 mpa ml/2。加入納米sic相抑制了 si3n4基體晶粒的生長(zhǎng)，基體結(jié)構(gòu)精細(xì)是強(qiáng) 度大幅提高的原因。加入si3n4晶須有助于形成細(xì)長(zhǎng)的大品粒，是韌性大幅度提 高的原因。同時(shí)

17、加入納米sic和si3n4品須形成了精細(xì)品粒屮摻雜細(xì)長(zhǎng)品粒的基 體結(jié)構(gòu)，因此強(qiáng)度和韌性大幅度提高。復(fù)合陶瓷中的納米相以?xún)煞N形式存在，一種 是分布在微米級(jí)陶瓷晶粒之間的晶間(intergranular)納米相;另一種則“嵌入”基質(zhì) 晶粒內(nèi)部，被稱(chēng)為晶內(nèi)(intragranular)納米相或“內(nèi)晶型”結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)共同作用 產(chǎn)生了兩個(gè)顯著的效應(yīng):穿晶斷裂和多重界面,從而對(duì)材料的力學(xué)性能起到重要的 影響。有關(guān)納米陶瓷復(fù)合材料的增韌強(qiáng)化機(jī)理目前不很清楚，說(shuō)法不一，歸納起來(lái) 大致有以下兒種28:笫一種是“細(xì)化理論”，該理論認(rèn)為納米相的引入能抑制基 體晶粒的異常長(zhǎng)大,使基體結(jié)構(gòu)均勻細(xì)化，是納米陶瓷復(fù)合材料

18、強(qiáng)度韌性提高的一 個(gè)原因。第二種是“穿晶理論”，該理論認(rèn)為基體顆粒以納米顆粒為核發(fā)生致密 化而將納米顆粒包裹在基體品粒內(nèi)部，因此在納米復(fù)合材料中，存在“晶內(nèi)型”結(jié) 構(gòu)，而納米復(fù)合材料性能的捉高與“品內(nèi)型”結(jié)構(gòu)的形成及由此產(chǎn)生的次界而效 應(yīng)有關(guān)晶內(nèi)型”結(jié)構(gòu)能減弱主晶界的作用，誘發(fā)穿晶斷裂,使材料斷裂時(shí)產(chǎn)生穿 晶斷裂而不是沿晶斷裂。第三種是“釘扎”理論，該理論認(rèn)為存在于基體晶界的 納米顆粒產(chǎn)生“釘扎”效應(yīng),從而限制晶界滑移和孔穴、蠕變的發(fā)生。氧化物陶 瓷高溫強(qiáng)度衰減主要是由于晶界的滑移、孔穴的形成和擴(kuò)散蠕變?cè)斐傻?，因此“?扎”效應(yīng)是納米顆粒改善氧化物高溫強(qiáng)度的主要原因。2.1.5自增韌陶瓷如果在

19、陶瓷基體屮引入第二相材料，該相不是事先單獨(dú)制備的，而是在原料屮加入 口j以生成第二相的原料，控制生成條件和反應(yīng)過(guò)程，直接通過(guò)高溫化學(xué)反應(yīng)或者相 變過(guò)程，在主晶相基體中生長(zhǎng)出均勻分布的晶須、高長(zhǎng)徑比的晶粒或晶片的增強(qiáng) 體，形成陶瓷復(fù)合材料，則稱(chēng)為自增韌。這樣可以避免兩相不相容、分布不均勻問(wèn) 題,強(qiáng)度和韌性都比外來(lái)笫二相增韌的同種材料高?？谠鲰g陶瓷的增韌機(jī)理類(lèi)似 于晶須對(duì)材料的增韌機(jī)理,有裂紋的橋接增韌、裂紋的偏轉(zhuǎn)和晶粒的拔出,其小橋 接增韌是主耍的增韌機(jī)理。目前，自增韌陶瓷主耍冇si3n4、sialon. al-zr-c.ti-b-c> sic、a12o3、zrb2/zrc0 - 6/zr

20、 等。但研究較多的是 si3n4、sialon0 氮 化硅晶體具有生t各向異性，在高溫時(shí)，其a相能夠向3和轉(zhuǎn)變,b -si3n4晶體會(huì) 繼續(xù)長(zhǎng)大使其顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因此，可通過(guò)bsi3n4晶粒的形核和生長(zhǎng)來(lái)獲 得所需要的顯微結(jié)構(gòu)，從而形成自增韌si3n4陶瓷。sialon是si3n4中si、n原 了被a1及o原了置換所形成的一大類(lèi)固溶體的總稱(chēng)，因此也可以利用si3n4的這 種相變來(lái)達(dá)到增韌的目的。文獻(xiàn)揭示岀自生bsi3n4棒品對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻礙作 用,40%si3n4/bas（bao+a12o3+sio2）玻璃陶瓷基復(fù)合材料的斷裂韌性由bas基 體的1 8 mpa - ml/2提高到4 1 m

21、pa ml/2?？谇?，自增韌方法又被成功用于 a12o3 中。3.陶瓷基復(fù)合材料復(fù)合新技術(shù)3.1粉末冶金法原料（陶瓷粉末、增強(qiáng)劑、粘結(jié)劑和助燒劑）t 均勻混合（球磨超聲等）t冷 壓成形t （熱壓）燒結(jié)。關(guān)鍵是均勻混合和燒結(jié)過(guò)程防止體積收縮而產(chǎn)生裂紋。 32漿體法（濕態(tài)法）為了克服粉末冶金法中各組元混合不均的問(wèn)題，采用了漿體（濕態(tài)）法制備 陶瓷基復(fù)合材料。其混合體為漿體形式?；旌象w屮各組元保持散凝狀，即在漿體 中呈彌散分布。這可通過(guò)調(diào)整水溶液的ph值來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)漿體進(jìn)行超聲波震動(dòng)攪 拌則可進(jìn)-步改善彌散性。彌散的漿體可直接澆鑄成型或熱（冷）壓后燒結(jié)成型。 適用于顆粒、晶須和短纖維増韌陶瓷基復(fù)合材料

22、采用漿體浸漬法可制備連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。纖維分布均勻，氣孔率低。 3.3反應(yīng)燒結(jié)法用此方法制備陶瓷基復(fù)合材料，除基休材料兒乎無(wú)收縮外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：增 強(qiáng)劑的體積比可以相當(dāng)大；可用多種連續(xù)纖維預(yù)制體；大多數(shù)陶瓷基復(fù)合材料的 反應(yīng)燒結(jié)溫度低于陶瓷的燒結(jié)溫度，因此可避免纖維的損傷。此方法最人的缺點(diǎn) 是高氣孔率難以避免。3.4液態(tài)浸漬法用此方法制備陶瓷基復(fù)合材料，化學(xué)反應(yīng)、熔體粘度、熔體對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤(rùn)性 是首要考慮的問(wèn)題，這些因素直接影響著材料的性能。陶瓷熔體可通過(guò)毛細(xì)作用 滲入壇強(qiáng)劑預(yù)制體的孔隙。施加壓力或抽真空將冇利于浸漬過(guò)程。假如預(yù)制體 中的孔隙呈一束束有規(guī)則間隔的平行通道，則可用

23、poisseuiue方程計(jì)算出浸漬高 度h：h = 7 （yrtcos0）/2n式中i是圓柱型孔隙管道半徑;t是時(shí)i可；丫是浸漬劑的表面能；0是接觸角；耳 是粘度。3.5直接氧化法按部件形狀制備增強(qiáng)體預(yù)制體，將隔板放在其表面上以阻止基體材料的生長(zhǎng)。熔 化的金屈在氧氣的作用卜發(fā)生直接氧化反應(yīng)形成所需的反應(yīng)產(chǎn)物。由于在氧化產(chǎn) 物中的空隙管道的液吸作用，熔化金屈會(huì)連續(xù)不斷地供給到生長(zhǎng)前沿。a1 + 空氣 t a12o3a1 + 氮?dú)?t a1n36溶膠-凝膠（sol-gel）法溶膠（sol）是由于化學(xué)反應(yīng)沉積而產(chǎn)生的微小顆粒（直徑<l（）（）nm）的懸浮液； 凝膠（gel ）是水分減少的溶膠，

24、即比溶膠粘度大的膠體。sol - gel法 是指 金屬有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠等過(guò)程而固化，再經(jīng)熱處理牛成氧化 物或其它化合物固體的方法。該方法可控制材料的微觀結(jié)構(gòu),使均勻性達(dá)到微米、 納米其至分子量級(jí)水平。sol-gel法制備sio2陶瓷原理如下：si(or)4 + 4h2o t si(oh)4+ 4rohsi(oh)4 t sio2 + 2h2o使用這種方法，可將各種增強(qiáng)劑加入基體溶膠屮攪拌均勻，當(dāng)基體溶膠形成凝膠 后，這些增強(qiáng)組元穩(wěn)定、均勻分布在基體中，經(jīng)過(guò)干燥或一定溫度熱處理，然后 壓制燒結(jié)形成相應(yīng)的復(fù)合材料。37化學(xué)氣相浸漬(cvi)法用cvi法可制備硅化物、碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等陶瓷基復(fù)合材料。 由于制備溫度比較低，不需外加壓力。因此材料內(nèi)部殘余應(yīng)力小，纖維幾乎不受 損傷。如可在8001200弋制備sic陶瓷。其缺點(diǎn)是生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、效率低、成本 高、材料的致密度低等。4陶瓷基復(fù)合材料現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)復(fù)合材料所面臨的問(wèn)題是：怎樣把不同的材料有效地結(jié)合起來(lái)使某些性能得到加 強(qiáng)，同吋又把成木控制在市場(chǎng)可接受的范圍?？谇?，只有少數(shù)cmc達(dá)到實(shí)際應(yīng) 用的水平，大多數(shù)尚處于實(shí)