陶瓷復(fù)合材料學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1陶瓷陶瓷(toc)復(fù)合材料復(fù)合材料第一頁，共88頁。材 料整體陶瓷顆 粒 增 韌相 變 增 韌AlB2BOB3BSiCAlB2BOB3B/TiCSiB3BNB4B/TiCZrOB2B/MgOZrOB2B/YB2BOB3BZrOB2B/ AlB2BO3B斷裂韌性MPa/mP1/2P2.74.24.56.04.24.54. 59126 96.515裂紋尺寸大小, m1.3364174364141165 2927416586459第2頁/共88頁第二頁，共88頁。材 料晶須增韌纖 維 增 韌SiC/Al2O3SiC/硼硅玻璃SiC/鋰鋁硅玻璃鋁鋼斷裂韌性MPa/mP1/2P8 1015251

2、52533444466裂紋尺寸大小, m131204第3頁/共88頁第三頁，共88頁。第4頁/共88頁第四頁，共88頁。圖 10 2 漿體法制備(zhbi)陶瓷基復(fù)合材料示意圖第5頁/共88頁第五頁，共88頁。圖10 3 反應(yīng)燒結(jié)(shoji)法制備SiC/Si3N4基復(fù)合材料工藝流程第6頁/共88頁第六頁，共88頁。圖10-4 液態(tài)浸漬(jnz)法制備陶瓷基復(fù)合材料示意圖 第7頁/共88頁第七頁，共88頁。圖10-5 直接氧化法制備陶瓷(toc)基復(fù)合材料示意圖 第8頁/共88頁第八頁，共88頁。圖10 - 6 溶膠 凝膠法制備(zhbi)陶瓷基復(fù)合材料示意圖 第9頁/共88頁第九頁，共88

3、頁。圖10-7 溶膠 凝膠法制備纖維(xinwi)陶瓷基復(fù)合材料示意圖第10頁/共88頁第十頁，共88頁。圖10 - 8 ICVI法制備纖維(xinwi)陶瓷基復(fù)合材料示意圖第11頁/共88頁第十一頁，共88頁。第12頁/共88頁第十二頁，共88頁。圖10-9 FCVI法制備纖維(xinwi)陶瓷基復(fù)合材料示意圖 第13頁/共88頁第十三頁，共88頁。第14頁/共88頁第十四頁，共88頁。第15頁/共88頁第十五頁，共88頁。第16頁/共88頁第十六頁，共88頁。第17頁/共88頁第十七頁，共88頁。圖10 - 10 陶瓷(toc)基復(fù)合材料界面示意圖 第18頁/共88頁第十八頁，共88頁。第

4、19頁/共88頁第十九頁，共88頁。圖10-11 纖維陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)力-應(yīng)變(yngbin)曲線示意圖 第20頁/共88頁第二十頁，共88頁。圖10-12 CF/ LAS的斷裂韌性和彎曲強度(qingd)隨纖維含量的變化 第21頁/共88頁第二十一頁，共88頁。第22頁/共88頁第二十二頁，共88頁。 圖10-13 連續(xù)CF/玻璃復(fù)合材料的彈性模量與纖維(xinwi)含量的關(guān)系 第23頁/共88頁第二十三頁，共88頁。圖10-14 微晶玻璃(b l)基體的熱膨脹系數(shù)對復(fù)合材料性能的影響 第24頁/共88頁第二十四頁，共88頁。應(yīng)力 應(yīng)變曲線的形狀（圖10-15）。圖10-15 不同密度(md

5、)的C/SiC復(fù)合材料的應(yīng)力-位移曲線 1、= 1.8 g/cm3、2、= 2.1 g/cm3第25頁/共88頁第二十五頁，共88頁。圖10-16 不同界面狀況復(fù)合材料(f h ci lio)的應(yīng)力-位移曲線 第26頁/共88頁第二十六頁，共88頁。 圖10-18 SiCP粒徑對SiCP/AlN性能(xngnng)的影響 顆粒含量對材料彎曲強度及斷裂韌性提高效果不是太大，但粒徑的影響卻較大（圖10-17、10-18）。復(fù)合材料的性能隨著粒徑而增大，但隨著粒徑的進一步增大 。其性能反而下降；這是由于材料的致密度下降，同時引進了更多的缺陷的緣故。 第27頁/共88頁第二十七頁，共88頁。圖10-2

6、0 圖10-19、10-20分別為不同溫度下SiCF/ MAS復(fù)合材料的力學(xué)性能變化。室溫下，復(fù)合材料的抗彎強度比基體材料高約10倍，彈性模量(tn xn m lin)提高約2倍。復(fù)合材料的抗彎強度至700保持不變，然后強度隨溫度升高而急劇增加；但彈性模量(tn xn m lin)卻隨著溫度升高從室溫的137GPa降到850的80 GPa。這一變化顯然與材料中殘余玻璃相隨溫度升高的變化相關(guān)。 第28頁/共88頁第二十八頁，共88頁。圖10-22 圖10-21為SiCW /Al2O3復(fù)合材料的斷裂韌性隨溫度的變化。隨溫度升高，基體陶瓷的斷裂韌性呈下降趨勢，而復(fù)合材料的KIC卻保持不變；在大于10

7、00之后，KIC呈上升趨勢。研究結(jié)果表明，不僅復(fù)合材料的斷裂韌性得到提高，而且室溫力學(xué)性能及高溫力學(xué)性能、抗熱沖擊性能及抗高溫蠕變性能均得到本質(zhì)上的改善。圖10-22是不同SiCW 含量的Al2O3復(fù)合材料的強度隨溫度的變化。SiCW的加入(jir)增加了韌性及斷裂功被歸功于裂紋橋聯(lián)和纖維拔出增韌機制。 第29頁/共88頁第二十九頁，共88頁。后，也可使高溫強度得到提高。第30頁/共88頁第三十頁，共88頁。10-22 第31頁/共88頁第三十一頁，共88頁。圖10-23 SiC顆粒/ZTP陶瓷的高溫蠕變(r bin)性能 第32頁/共88頁第三十二頁，共88頁。第33頁/共88頁第三十三頁，

8、共88頁。圖10-24 20% SiCW /Al2O3復(fù)合材料(f h ci lio)的抗熱震性能 第34頁/共88頁第三十四頁，共88頁。性溫度從400提高到700。第35頁/共88頁第三十五頁，共88頁。圖圖10-24 第36頁/共88頁第三十六頁，共88頁。第37頁/共88頁第三十七頁，共88頁。第38頁/共88頁第三十八頁，共88頁。 圖10-26 裂紋偏轉(zhuǎn)(pinzhun)機理 第39頁/共88頁第三十九頁，共88頁。第40頁/共88頁第四十頁，共88頁。第41頁/共88頁第四十一頁，共88頁。 圖10 27 ZTA性能隨ZrO2體積(tj)含量的變化 第42頁/共88頁第四十二頁，

9、共88頁。第43頁/共88頁第四十三頁，共88頁。圖10-28 ZTA中應(yīng)力誘變(yu bin)韌化導(dǎo)致性能隨ZrO2體積含量的變化 第44頁/共88頁第四十四頁，共88頁。第45頁/共88頁第四十五頁，共88頁。圖10-30 裂紋偏轉(zhuǎn)增韌原理 a：裂紋傾斜(qngxi)偏轉(zhuǎn)；b：裂紋扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)； c：增強劑長徑比對裂紋扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)的影響。第46頁/共88頁第四十六頁，共88頁。 圖10-31 纖維(xinwi)脫粘 第47頁/共88頁第四十七頁，共88頁。第48頁/共88頁第四十八頁，共88頁。圖10-32 纖維(xinwi)拔出示意圖 第49頁/共88頁第四十九頁，共88頁。 圖10-33 纖維

10、(xinwi)搭橋 第50頁/共88頁第五十頁，共88頁。圖10-34 韌性與裂紋擴展(kuzhn)的關(guān)系 第51頁/共88頁第五十一頁，共88頁。第52頁/共88頁第五十二頁，共88頁。第53頁/共88頁第五十三頁，共88頁。 圖 11 1 不同材料比強度(qingd)與溫度的關(guān)系對比 第54頁/共88頁第五十四頁，共88頁。第55頁/共88頁第五十五頁，共88頁。第56頁/共88頁第五十六頁，共88頁。第57頁/共88頁第五十七頁，共88頁。第58頁/共88頁第五十八頁，共88頁。第59頁/共88頁第五十九頁，共88頁。于緊實并能提供復(fù)合材料所需的物理和力學(xué)性能的連續(xù)纖維。第60頁/共88

11、頁第六十頁，共88頁。第61頁/共88頁第六十一頁，共88頁。第62頁/共88頁第六十二頁，共88頁。第63頁/共88頁第六十三頁，共88頁。第64頁/共88頁第六十四頁，共88頁。圖11 4 擴散(kusn)與沉積速度對空隙封閉影響 第65頁/共88頁第六十五頁，共88頁。圖 11 5 反應(yīng)溫度、壓力及氣體(qt)流量對沿空隙沉積速度的影響 第66頁/共88頁第六十六頁，共88頁。第67頁/共88頁第六十七頁，共88頁。第68頁/共88頁第六十八頁，共88頁。工。并局限于單件構(gòu)件的生產(chǎn)。第69頁/共88頁第六十九頁，共88頁。第70頁/共88頁第七十頁，共88頁。第71頁/共88頁第七十一頁

12、，共88頁。速工藝不受預(yù)制體幾何形狀上的限制，工藝時間相當(dāng)短。第72頁/共88頁第七十二頁，共88頁。第73頁/共88頁第七十三頁，共88頁。 圖117 樹脂(shzh)浸漬、固化、碳化體積收縮示意圖 第74頁/共88頁第七十四頁，共88頁。第75頁/共88頁第七十五頁，共88頁。的界面；瀝青碳與樹脂碳之間的界面。第76頁/共88頁第七十六頁，共88頁。第77頁/共88頁第七十七頁，共88頁。第78頁/共88頁第七十八頁，共88頁。圖 11 10 碳纖維-瀝青(lqng)碳界面結(jié)構(gòu)示意圖 第79頁/共88頁第七十九頁，共88頁。構(gòu)（圖11 10）第80頁/共88頁第八十頁，共88頁。圖 11 11 CVD碳的三種顯微組織(zzh)結(jié)構(gòu)示意圖第81頁/共88頁第八十一頁，共88頁。也可能兩種形態(tài)共存。第82頁/共88頁第八十二頁，共88頁。第83頁/共8