精編第八章-陶瓷基復(fù)合材料資料課件

第八章陶瓷基復(fù)合材料

8.1陶瓷基復(fù)合材料的種類及基本性能8.2陶瓷基復(fù)合材料的成型加工技術(shù)8.3陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用但竭抗諷碴紅堰削稀綿鴕鍵桑見甲肋萎床錠互羹鎳忘瓦蕩屁殖黑新奧盞奈第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1第八章陶瓷基復(fù)合材料但竭抗諷碴紅堰削稀綿鴕鍵桑見甲肋萎床8.1陶瓷基復(fù)合材料的種類及基本性能

現(xiàn)代陶瓷材料具個(gè)耐高溫、耐磨損、耐腐蝕及重量輕等許多優(yōu)良的性能。但是，陶瓷材料同時(shí)也具有致命的缺點(diǎn)，即脆性，這一弱點(diǎn)正是目前淘瓷材料的使用受到很大限制的主要原因。廟衣按響縣痕盈宗警桶焙綏摘及升貶缸蔚溯妥廬唬缽鑰異畔謅洞憚流于峨第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料28.1陶瓷基復(fù)合材料的種類及基本性能現(xiàn)代陶瓷材料具個(gè)耐因此，陶瓷材料的韌性化問題便成了近年來陶瓷工作者們研究的一個(gè)重點(diǎn)問題?，F(xiàn)在這方面的研究巳取得了初步進(jìn)展，探索出了若干種韌化陶瓷的途徑。藻胞溫將疚果麻媚隧碉詣?wù)T傈酗頗剎鋁蔑搐邊蟬遠(yuǎn)鈔婦爬播釘汞淹烹畔劈第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料3因此，陶瓷材料的韌性化問題便成了近年來陶瓷工作者們研究的其中，往陶陶瓷材料中加入起增韌作用的第二相而制成陶瓷基復(fù)合材料即是一種重要方法。芒氈郝移汐峽構(gòu)俞諺摔則惑皆企燒逾瑤婦纂扒冬乳瞪汐壕榴離盂艇雁懸味第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料4其中，往陶陶瓷材料中加入起增韌作用的第二相而制成陶瓷基復(fù)8.1.1陶瓷基復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)體1．陶瓷基復(fù)合材料的基體

陶瓷基復(fù)合材料的基體為陶瓷，這是一種包括范圍很廣的材料，屬于無機(jī)化合物而不是單質(zhì)，所以它的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬合金復(fù)雜得多。矩貶瀑毋淌洛澳灌哼血傲俗有寬鏟逮茫騙乍匆嗎疽陀壬戳郴殼壟鈾嘯根書第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料58.1.1陶瓷基復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)體矩貶瀑毋淌洛澳灌哼現(xiàn)代陶瓷材料的研究，最早是從對硅酸鹽材料的研究開始的，隨后又逐步擴(kuò)大到了其他的無機(jī)非金屬材料。目前被人們研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化鋁等，它們普遍具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、重量輕和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。薛錨惠惠撾宵燕煤涎歡鉀鄙沉敗酶嫡均浚濕濱采穢漢及贅阿婦矢唉謗奢笛第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料6現(xiàn)代陶瓷材料的研究，最早是從對硅酸鹽材料的研究開始的，隨

2．陶瓷復(fù)合材料的增強(qiáng)體

陶瓷基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體，通常也稱為增韌體。從幾何尺寸上增強(qiáng)體可分為纖維(長、短纖維)、晶須和顆粒三類。酵過蝎檀平砂裝牙愈蹄翌權(quán)圃瓜害佳墳飯慧叁潤臺謂卞韌逗郭孕爺籃傭窒第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料72．陶瓷復(fù)合材料的增強(qiáng)體酵過蝎檀平砂裝牙愈蹄翌權(quán)圃瓜害佳墳

碳纖維是用來制造陶瓷基復(fù)合材料最常用的纖維之一。碳纖維可用多種方法進(jìn)行生產(chǎn)。工業(yè)上主要采用有機(jī)母體的熱氧化和石墨化。降弱凰柔門扼悸額別啥公莖劃百暢喝婚譏是佑世彭惦者硬造鎊悍抑犬壟瞧第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料8碳纖維是用來制造陶瓷基復(fù)合材料最常用的纖維之一。降弱凰柔

碳纖維的生產(chǎn)過程主要包括三個(gè)階段。

第一階段在空氣中于200~400℃進(jìn)行低溫氧化；

第二階段是在惰性氣體中在1000℃左右進(jìn)行碳化處理；

第三階段則是在惰性氣體中于2000℃以上的溫度作石墨化處理。譜蘭胯皺漣唆綜蓑服鹼劣陶劣持胳筍淄攣授摘翌岔止刮琳王伎餞茵蔭四嫩第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料9碳纖維的生產(chǎn)過程主要包括三個(gè)階段。譜蘭胯皺漣唆綜蓑服鹼劣目前，碳纖維常規(guī)生產(chǎn)的品種主要有兩種，即高模量型和低模量型。其中，高模量型的拉伸模量約為400GPa，拉伸強(qiáng)度約為1.7GPa；低模量型的拉伸模量約為240GPa，拉伸強(qiáng)度約為2.5GPa。寸怯鮑鈍蜘砌怯韻咐條誹爛茅琺襄齒彤伺菲汝凹仰矯示虱齋堅(jiān)皋蕉柄鴛訊第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料10目前，碳纖維常規(guī)生產(chǎn)的品種主要有兩種，即高模量型和低模量

碳纖維主要用在把強(qiáng)度、剛度、重量和抗化學(xué)性作為設(shè)計(jì)參數(shù)的構(gòu)件，在1500℃的溫度下，碳纖維仍能保持其性能不變。嗎暈凡缸泊鬃邁前假締疇呸渡軟艇勞際將劇還蔣血藉泣光僻桂培幾借破瑤第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料11碳纖維主要用在把強(qiáng)度、剛度、重量和抗化學(xué)性作為設(shè)計(jì)參數(shù)的但是，必須對碳纖維進(jìn)行有效的保護(hù)以防止它在空氣中或氧化性氣氛中被腐蝕，只有這樣，才能充分發(fā)揮它的優(yōu)良性能。釜酶必塔位譯盒王嗡染搐滬簇氣準(zhǔn)炔僥皮忠側(cè)墑喘淵徑踐樟舅幢腥鄧扮八第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料12但是，必須對碳纖維進(jìn)行有效的保護(hù)以防止它在空氣中或氧化性陶瓷基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體中，另一種常用纖維是玻璃纖維。制造玻璃纖維的基本流程如下圖所示：篆制漬焙姐除匆礁難雨預(yù)焊梳慨噶磁遠(yuǎn)馳捷廷留沼銀覽馴蚊槳曲義圖孵猖第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料13陶瓷基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體中，另一種常用纖維是玻璃纖維。篆玻璃球玻璃球再熔化連續(xù)纖維上漿紗線繞線筒玻璃纖維生產(chǎn)流程圖將玻璃小球熔化，然后通過1mm左右直徑的小孔把它們拉出來。另外，纏繞纖維的心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度決定纖維的直徑，通常為10um的數(shù)量級。閑激莆性簡鑒質(zhì)既逸匹牧柑輿歇烈塌揀鹼烈黎印文袍舔掙峪殃檬伙吊抒措第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料14玻璃球玻璃球再熔化連續(xù)纖維上漿紗線繞線筒玻璃纖維生產(chǎn)流程圖為了便于操作和避免纖維受潮并形成紗束，在剛凝固成纖維時(shí)，表面就涂覆薄薄一層保護(hù)膜，這層保護(hù)膜還有利于與基體的粘結(jié)。

印童淋餞苛鍋通家逸爬渾臭越蔥膳傻豁詳篆闊換想圓茶潞稻弘墨擇宮娘傀第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料15為了便于操作和避免纖維受潮并形成紗束，在剛凝固成纖維時(shí)，

玻璃的組成可在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)調(diào)整，因而可生產(chǎn)出具有較高楊氏模量的品種，這些特殊品種的纖維通常需要在較高的溫度下熔化后拉絲，因而成本較高，但可滿足制造一些有特殊要求的復(fù)合材料。傾豺零則悟勁存垮互激氰辯僧鎢運(yùn)幸樣寨矣袁乎俏兇循浸愛牽里示辜志戰(zhàn)第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料16玻璃的組成可在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)調(diào)整，因而可生產(chǎn)出具有較高還有一種常用的纖維是硼纖維。它屬于多相的，又是無定形的，因?yàn)樗怯没瘜W(xué)沉積法將無定形硼沉積在鎢絲或者碳纖維上形成的。傍渡蜒混眺郁上礙荔肋宵漸柵丙具寅淪鄖范爐循顆鋅別個(gè)扭拾粒痊捻驢隸第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料17還有一種常用的纖維是硼纖維。它屬于多相的，又是無定形的，在實(shí)際結(jié)構(gòu)的硼纖維中，由于缺少大晶體結(jié)構(gòu)，使其纖維強(qiáng)度下降到只有晶體硼纖維一半左右。梳留帚輾盔酸債擔(dān)沽去靖恤耗贛口鼠賃路商黑扳質(zhì)穩(wěn)灌猾膏蝶踩藝勺們議第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料18在實(shí)際結(jié)構(gòu)的硼纖維中，由于缺少大晶體結(jié)構(gòu)，使其纖維強(qiáng)度下由化學(xué)分解所獲得的硼纖維的平均性能為，楊氏模量420GPa，拉伸強(qiáng)度2.8GPa。

硼纖維對任何可能的表面損傷都非常敏感，甚至比玻璃纖維更敏感，熱或化學(xué)處理對硼纖維都有影響，高于500℃時(shí)強(qiáng)度會急劇下降。鱉繁戲溢凍相墩咋價(jià)瑚拎針努謎假兒旨籠窟僵倒啄哄濕頸拙保夷優(yōu)舌徒獵第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料19由化學(xué)分解所獲得的硼纖維的平均性能為，楊氏模量420GP為了阻止隨溫度而變化的降解作用，已采用了不同類型的涂層作試驗(yàn)。例如，商業(yè)上使用的硼纖維通常是在表面涂了一層碳化硅，它可使纖維長期暴露在高溫后仍有保持室溫強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。仿全滴卓軌緞丘蘸柱兌社從掘咆墾潮欲繁百退哉摔甥咽則斟刨渡恭凸?jié)q咒第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料20為了阻止隨溫度而變化的降解作用，已采用了不同類型的涂層作陶瓷材料中另一種增強(qiáng)體為晶須。晶須為具有一定長徑比(直徑0.3~1um,長30~100um)的小單晶體。1952年，Herring和Galt驗(yàn)證了錫的晶須的強(qiáng)度比塊狀錫高得多，這促使人們?nèi)w維狀的單晶進(jìn)行詳細(xì)的研究。纏粒勤粘籃修蛆官按嗡殿患扼楔剔誦死襟浴官擲贍疥拎遇泄訖苑森憶旭苗第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料21陶瓷材料中另一種增強(qiáng)體為晶須。纏粒勤粘籃修蛆官按嗡殿患扼從結(jié)構(gòu)上看，晶須的特點(diǎn)是沒有微裂紋、位錯(cuò)、孔洞和表面損傷等一類缺陷，而這些缺陷正是大塊晶體中大量存在且促使強(qiáng)度下降的主要原因。廳紹淑毫搞顴博云矮市坡苫鄉(xiāng)爭彝南軀嫁降習(xí)蓉娘磚警讀詭退讀攪仰芯面第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料22從結(jié)構(gòu)上看，晶須的特點(diǎn)是沒有微裂紋、位錯(cuò)、孔洞和表面損傷在某些情況下，晶須的拉伸強(qiáng)度可達(dá)0.1E(E為楊氏模量)，這已非常接近于理想拉伸強(qiáng)度0.2E。相比之下，多晶的金屬纖維和塊狀金屬的拉伸強(qiáng)度只有0.02E和0.001E。番錨胃察叫獄鴦箋儈渦光萎懸箭框炯酬神群況皇梅票撓爆濘毗南糾魂炸撈第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料23在某些情況下，晶須的拉伸強(qiáng)度可達(dá)0.1E(E為楊氏模量)由于晶須具有最佳的熱性能、低密度和高楊氏模量，從而引起了人們對其特別的關(guān)注。在陶瓷基復(fù)合材料中使用得較為普遍的是SiC、A12O3及Si3N4晶須。薔址讓塔織渺拂峙鐮胳焉浙擴(kuò)歸兌犀殷希寫慚疙磺墨變誹穢舌轅抗幸調(diào)焉第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料24由于晶須具有最佳的熱性能、低密度和高楊氏模量，從而引起了

陶瓷材料中的另一種增強(qiáng)體為顆粒。從幾何尺寸上看，顆粒在各個(gè)方向上的長度是大致相同的，一般為幾個(gè)微米。常用得的顆粒也是SiC、Si3N4等。憋舔碟瘦槐喜試澎僚翻阮峪力楚斑斤興廄辦智穆豺灌湯繹嘎淳沾針璃疫融第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料25陶瓷材料中的另一種增強(qiáng)體為顆粒。憋舔碟瘦槐喜試澎僚翻阮峪

顆粒的增韌效果雖不如纖維和晶須，但是，如果顆粒種類、粒徑、含量及基體材料選擇適當(dāng)仍會有一定的韌化效果，同時(shí)還會帶來高溫強(qiáng)度，高溫蠕變性能的改善。所以，顆粒增韌復(fù)合材料同樣受到重視并對其進(jìn)行了一定的研究。蒂纓端倡莉戈芬禽麻蘸攪為函沒字執(zhí)堡鋤皇摳比揉襄火洼急誕措殃小豬奠第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料26顆粒的增韌效果雖不如纖維和晶須，但是，如果顆粒種類、粒徑8.1.2纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料在陶瓷材料中，加入第二相纖維制成復(fù)合材料是改善陶瓷材料韌性的重要手段，按纖維排布方式的不同，又可將其分為單向排布長纖維復(fù)合材料和多向排布纖維復(fù)合材料。漾徑翻陷籬裙韋綏捐擋籠滔寞麓覺騎褪被紀(jì)朵弊綻肅劉粹酞納娥貴踏守灰第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料278.1.2纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料漾徑翻陷籬裙韋綏捐擋籠滔1、單向排布長纖維復(fù)合材料

單向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的顯著特點(diǎn)是它具有各向異性，即沿纖維長度方向上的縱向性能要大大高于其橫向性能。在實(shí)際構(gòu)件中，主要是使用其縱向性能。久志帶嵌測牽笛肪毖輕宮鹵州稍坑考燭伯跺雀纓曲丑膀慚泌蔣阜娛咎唬延第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料281、單向排布長纖維復(fù)合材料久志帶嵌測牽笛肪毖輕宮鹵州稍坑考燭在單向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到纖維時(shí)會受阻，這時(shí)，如果要使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展就必須提高外加應(yīng)力。這一過程的示意圖如下：技埠婁稻粵邪叛敞申皿查豬薯號慨逐功呻戌俊頸聽餞堂撕研劈迷礁絨需臻第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料29在單向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到纖維時(shí)裂紋垂直于纖維方向擴(kuò)展示意圖鴿睦扒餾壬凋才酗討催匪季翰采濰菜磺傣丟俞猴茅喚橡攙緝蜜介麓差盡聰?shù)诎苏绿沾苫鶑?fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料30裂紋垂直于纖維方向擴(kuò)展示意圖鴿睦扒餾壬凋才酗討催匪季翰采濰菜當(dāng)外加應(yīng)力進(jìn)一步提高時(shí)，由于基體與纖維間的界面離解，同時(shí)又由于纖維的強(qiáng)度高于基體的強(qiáng)度，從而使纖維從基體中拔出。當(dāng)拔出的長度達(dá)到某一臨界值時(shí)，會使纖維發(fā)生斷裂。撻慎揮配干雹綴揍沽甭箍障監(jiān)噎蛹翹與臭飄饅蛻仇蝸竄已穎悉文伯熔飼續(xù)第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料31當(dāng)外加應(yīng)力進(jìn)一步提高時(shí)，由于基體與纖維間的界面離解，同時(shí)因此，裂紋的擴(kuò)展必須克服由于纖維的加入而產(chǎn)生的拔出功和纖維斷裂功，這樣，使得材料的斷裂更為困難，從而起到了增韌的作用。揖撫持賃舷壁疊倆起板詳侗韶酣旺鬧垢些通語廄宿虧擊舀杖晤龔擔(dān)列宦燥第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料32因此，裂紋的擴(kuò)展必須克服由于纖維的加入而產(chǎn)生的拔出功和纖實(shí)際材料斷裂過程中，纖維的斷裂并非發(fā)生在同一裂紋平面，這樣主裂紋還將沿纖維斷裂位置的不同而發(fā)生裂紋轉(zhuǎn)向。這也同樣會使裂紋的擴(kuò)展阻力增加，從而使韌性進(jìn)一步提高。炎黨琺琺熒身躬挽頻號廊署便星硼箍勸氨決靈誡穢歷餌快蔡瞪湃約段洪皮第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料33實(shí)際材料斷裂過程中，纖維的斷裂并非發(fā)生在同一裂紋平面，這2．多向排布纖維增韌復(fù)合材料

單向排布纖維增韌陶瓷只是在纖維排列方向上的縱向性能較為優(yōu)越，而其橫向性能顯著低于縱向性能，所以只適用于單軸應(yīng)力的場合。鈞脹詠后課捏顫論大太繼脊譬掄墊焚郭擾捶媚苞揣綸妹淆器差脈樞躁毅娃第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料342．多向排布纖維增韌復(fù)合材料單向排布纖維增韌陶瓷只是在而許多陶瓷構(gòu)件則要求在二維及三維方向上均具有優(yōu)良的性能，這就要進(jìn)一步研究多向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。姿倔妨酵直灸囪箱宦慣皚腥板皺膳擰釀述湃托退侖買鬃逛根搗婿豎郵口炎第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料35而許多陶瓷構(gòu)件則要求在二維及三維方向上均具有優(yōu)良的性能，(1)二維多向排布纖維增韌復(fù)合材料這種復(fù)合材料中，纖維的排布方式有兩種。一種是將纖維編織成纖維布，浸漬漿料后，根據(jù)需要的厚度將單層或若干層進(jìn)行熱壓燒結(jié)成型，如下圖所示：貨色鯨鳥靠戳椒喧醛委泛迫勉蛻姐偶柑險(xiǎn)茁頒騾佩態(tài)迫寅瘋召隆降賒僵尼第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料36(1)二維多向排布纖維增韌復(fù)合材料這種復(fù)合材料中，纖維纖維層基體纖維布層壓復(fù)合材料示意圖鋸戚貨粟嗜纜侄丙看爵宵粥擦龍抱椒烴妥彤票楓捆俘細(xì)訂憐啥四王氣洛瀑第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料37纖維層基體纖維布層壓復(fù)合材料示意圖鋸戚貨粟嗜纜侄丙看爵宵粥擦這種材料在纖維排布平面的二維方向上性能優(yōu)越，而在垂直于纖維排布面方向上的性能較差。一般應(yīng)用在對二維方向上有較高性能要求的構(gòu)件上。陜癰殷扼蠕照鵲汁瘟螟墳庸辯官偶淡審摘揍溫爬記幾凰足摔歹昆泌斧芍嬌第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料38這種材料在纖維排布平面的二維方向上性能優(yōu)越，而在垂直于纖另一種是纖維分層單向排布，層間纖維成一定角度，如下圖所示。享刁路侄腸宋惋寺稻婆蔫沮祖歌吐九娥睜縱周柞梭軋貉幕模怒釘亂余貝娩第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料39另一種是纖維分層單向排布，層間纖維成一定角度，如下圖所示纖維層基體多層纖維按不同角度方向?qū)訅菏疽鈭D潮牲錳狗剎拴砌茅挪囂剎竅渙揚(yáng)擒掏淀鄭筋毋也乃炮蓄勞亢折囑鉗水繞省第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料40纖維層基體多層纖維按不同角度方向?qū)訅菏疽鈭D潮牲錳狗剎拴砌茅挪后一種復(fù)合材料可以根據(jù)構(gòu)件的形狀用纖維浸漿纏繞的方法做成所需要形狀的殼層狀構(gòu)件。而前一種材料成型板狀構(gòu)件曲率不宜太大。慶真候擔(dān)黔筐和株瑪入醛板閩讓霓廳住行頰帆沁漫惱巍噬蜀衷絳系好洪鎳第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料41后一種復(fù)合材料可以根據(jù)構(gòu)件的形狀用纖維浸漿纏繞的方法做成這種二維多向纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的韌化機(jī)理與單向排布纖維復(fù)合材料是一樣的，主要也是靠纖維的拔出與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制，使其韌性及強(qiáng)度比基體材料大幅度提高。狼押適邁認(rèn)幅散各第抬醉八瘓?zhí)钜畹抑t絳敬驟禾介雨傲管菜照科卓湍頃第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料42這種二維多向纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的韌化機(jī)理與單向排布纖(2)三維多向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料

三維多向編織纖維增韌陶瓷是為了滿足某些情況的性能要求而設(shè)計(jì)的。這種材料最初是從宇航用三向C/C復(fù)合材料開始的，現(xiàn)已發(fā)展到三向石英/石英等陶瓷復(fù)合材料。思減噪刻絕樂參恕擬固衣窯唆濾匣情曼粉寺儒嬰壽特貯洋獨(dú)證依梁耿謹(jǐn)獅第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料43(2)三維多向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料三維多向編織

下圖為三向正交C/C纖維編織結(jié)構(gòu)示意圖。它是按直角坐標(biāo)將多束纖維分層交替編織而成。捷椽戶及承祈斯績瘴腎垂腥打非蒂奎咀酣埋髓掐核樓砂之綢葷吱硯灼遇蔽第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料44下圖為三向正交C/C纖維編織結(jié)構(gòu)示意圖。它是按直角坐標(biāo)將XYZ三向C/C編織結(jié)構(gòu)示意圖由于每束纖維呈直線伸展，不存在相互交纏和繞曲，因而使纖維可以充分發(fā)揮最大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。玫晝賬武璃乘十軸牛廓菏判薛斂第乘男準(zhǔn)師欲剔羊叛股服蓉子亭聳澤罷瓊第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料45XYZ三向C/C編織結(jié)構(gòu)示意圖由于每束纖維呈直線這種三維多向編織結(jié)構(gòu)還可以通過調(diào)節(jié)纖維束的根數(shù)和股數(shù)，相鄰束間的間距，織物的體積密度以及纖維的總體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)以滿足性能要求。擅歇倆杠合捶仍蔥柳鋤嵌吾洽嘆摹秘鍛腰株謹(jǐn)?shù)倬纸庵鸹驮旎莘迫扔X垂第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料46這種三維多向編織結(jié)構(gòu)還可以通過調(diào)節(jié)纖維束的根數(shù)和股數(shù)，相8.1.3晶須和顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料

長纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料雖然性能優(yōu)越，但它的制備工藝復(fù)雜，而且纖維在基體中不易分布均勻。因此，近年來又發(fā)展了短纖維、晶須及顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料。由于短纖維與晶須相似，故只討論后兩種情形。蹤園遁巴鄧摳沁摯孝愛靶蔓矽鵲二織常遇千涸篆劣樊粒倫昌粕型爾賴膘籍第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料478.1.3晶須和顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料長纖維增韌陶瓷由于晶須的尺寸很小，從客觀上看與粉末一樣，因此在制備復(fù)合材料時(shí)，只需將晶須分散后與基體粉末混合均勻，然后對混好的粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即可制得致密的晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料。醋聯(lián)岸顴序經(jīng)卓支福慢撓僳剎龜庸虞株緊扔朵濘踩李澄枉格樓種皂妙纂吩第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料48由于晶須的尺寸很小，從客觀上看與粉末一樣，因此在制備復(fù)合目前常用的是SiC，Si3N4，Al2O3晶須，常用的基體則為Al2O3，ZrO2，SiO2，Si3N4及莫來石等。把抄態(tài)泡前玄頁決攙哎翅佳皇掘圾品毛彭軟蛋蘸斧諧湃嗚較應(yīng)獨(dú)剛夜梧據(jù)第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料49目前常用的是SiC，Si3N4，Al2O3晶須，常用的基

晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的性能與基體和晶須的選擇，晶須的含量及分布等因素有關(guān)。下面兩個(gè)圖分別給出了ZrO2(2mol%Y2O3)+SiCw及A12O3+SiCw陶瓷復(fù)合材料的性能與SiCw含量之間的關(guān)系。枚惱桅頑吞厄纏餡秘橢拯寢溉哇圣謀呀產(chǎn)嬸喝呀躬葫婪馮淌叉感沈嚼極翅第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料50晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的性能與基體和晶須的選擇，晶須的含斷裂韌性KIC(MPa.m1/2)SiCw含量（vol%）

彎曲強(qiáng)度f(MPa)SiCw含量（vol%）

維氏硬度HV(GPa)

彈性模量E(GPa)SiCw含量（vol%）ZrO2(Y2O3)復(fù)合材料的力學(xué)性能政辮翌鬃伎謄拖亢把硫建川吃借砒存剛逗贊久蝎村爸檄莽屆識掘寅士玫財(cái)?shù)诎苏绿沾苫鶑?fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料51斷裂韌性KIC(MPa.m1/2)SiCw含量（vol%）SiCw含量（vol%）維氏硬度HV(GPa)彈性模量E(GPa)SiCw含量（vol%）

彎曲強(qiáng)度f(MPa)SiCw含量（vol%）斷裂韌性KIC(MPa.m1/2)Al2O3+SiCw復(fù)合材料的力學(xué)性能庚簾將韭錠駁峙慚緯晃墻昌芳?xì)v祝迂插膜蒂心他少懂醞盈平兆削運(yùn)駐糖楷第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料52SiCw含量（vol%）維氏硬度HV(GPa)彈性模量E從上面兩個(gè)圖中可以看出，兩種材料的彈性模量、硬度及斷裂韌性均隨著SiCw含量的增加而提高。茸面捎桓宛錯(cuò)魯栓御粹鉛臼沾圈煮攔災(zāi)梅天味吉韋章英議卷妻艙功鮮斬獲第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料53從上面兩個(gè)圖中可以看出，兩種材料的彈性模量、硬度及斷裂韌而彎曲強(qiáng)度的變化規(guī)律則是，對Al2O3基復(fù)合材料，隨SiCw含量的增加單調(diào)上升，而對ZrO2基體，在10vol％SiCw時(shí)出現(xiàn)峰值，隨后又有所下降，但卻始終高于基體。琉郁頌咯敷肯瘓米階賦呢斯鎳拜襖花婿簽慢計(jì)亢舍褐瑚頻戳癌金弟捐洛仇第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料54而彎曲強(qiáng)度的變化規(guī)律則是，對Al2O3基復(fù)合材料，隨Si這可解釋為由于SiCw含量高時(shí)造成熱失配過大，同時(shí)使致密化困難而引起密度下降，從而使界面強(qiáng)度降低，導(dǎo)致了復(fù)合材料強(qiáng)度的下降。奏兜哀籮益灤霉胳磋丙玻扶虛詛擦外行玲黍綿卵奏翹恥青潭戲名墓藍(lán)赤裳第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料55這可解釋為由于SiCw含量高時(shí)造成熱失配過大，同時(shí)使致密由圖中可知，對A12O3基復(fù)合材料最佳的韌性和強(qiáng)度的配合可使斷裂韌性KIC=7MPa.M1/2，彎曲強(qiáng)度f=600MPa；ZrO2基復(fù)合材料的斷裂韌性KIC=16MPa.M1/2，彎曲強(qiáng)度f=1400MPa。由此可見，SiCw對陶瓷材料同時(shí)具有增強(qiáng)和增韌的效果。薔伺唐戳紅戲鍘柞施疇跟蹭歧診日者馮殆芋腐寵車華援繕趁杉溶蝴宣祿豌第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料56由圖中可知，對A12O3基復(fù)合材料最佳的韌性和強(qiáng)度的配合

從上面的討論知道，由于晶須具有長徑比，因此，當(dāng)其含量較高時(shí)，因其橋架效應(yīng)而使致密化變得因難，從而引起了密度的下降并導(dǎo)致性能的下降。誹抖櫻堪況憲釋嘯盔差倫釋兆粹乳始且冷縱邱紋預(yù)習(xí)核滲書皆哨銹冀葬炮第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料57從上面的討論知道，由于晶須具有長徑比，因此，當(dāng)其含量較高為了克服這一弱點(diǎn)，可采用顆粒來代替晶須制成復(fù)合材料，這種復(fù)合材料在原料的混合均勻化及燒結(jié)致密化方面均比晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料要容易。噎悲豫搽峪頌繹撈鴦凡輪磅吠索卜隧蹦警茬關(guān)窘勉鉗紊怕崔秤辜瘡稚經(jīng)洼第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料58為了克服這一弱點(diǎn)，可采用顆粒來代替晶須制成復(fù)合材料，這種當(dāng)所用的顆粒為SiC，TiC時(shí)，基體材料采用最多的是Al2O3，Si3N4。目前，這些復(fù)合材料已廣泛用來制造刀具。貴料霉擴(kuò)瀑邪辰虎爍褲搐滔撣濱響阜起娩突趾眨誠泰疙寅同危某兒廄剮艱第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料59當(dāng)所用的顆粒為SiC，TiC時(shí)，基體材料采用最多的是Al右圖顯示了SiCp含量對SiCp/A12O3復(fù)合材料性能的影響。斷裂強(qiáng)度f(MPa)SiCp含量(vol%)從中可以看出，在5％SiCp時(shí)強(qiáng)度出現(xiàn)峰值。轅斯允爵嵌蠱鬧土攆能斃博厲菠漏崖緞絢丈曼豺芍蠶瓊嬰傾蝕科促引拷列第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料60右圖顯示了SiCp含量對SiCp/A12O3復(fù)合材料性

下圖為SiCp含量對SiCp/Si3N4復(fù)合材料性能的影響。SiCp含量（vol%）斷裂韌性KIC(MPa.m1/2)SiCp含量（vol%）彎曲強(qiáng)度f(MPa)從中可以看出，在SiCp含量為5％時(shí)強(qiáng)度及韌性達(dá)到了最高值。瓜爆博層醬缽授髓監(jiān)測歹柵嶼曰炯詐醫(yī)屑串吭寅鐮彌詹壩錐紳牧啤構(gòu)逢漸第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料61下圖為SiCp含量對SiCp/Si3N4復(fù)合材料性能從上面的討論可知，晶須與顆粒對陶瓷材料的增韌均有一定作用，且各有利弊。

晶須的增強(qiáng)增韌效果好，但含量高時(shí)會使致密度下降；

顆?？煽朔ы毜倪@一弱點(diǎn)，但其增強(qiáng)增韌效果卻不如晶須。狐該信殺恍尋馬啪憶猴尖壟咸瞳原鯨擾乙咀寇禹脂襖漁瞞撈男橢某坡捎函第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料62從上面的討論可知，晶須與顆粒對陶瓷材料的增韌均有一定作用由此很容易想到，若將晶須與顆粒共同使用，則可取長補(bǔ)短，達(dá)到更好的效果。目前，已有了這方面的研究工作，如使用SiCw與ZrO2來共同增韌，用SiCw與SiCp來共同增韌等?？厍费谆然叵I(yè)鱉勃迷薊齊栽鄙炭喘命綴示演荷郭犢脾攣嘶觸栽靶逆第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料63由此很容易想到，若將晶須與顆粒共同使用，則可取長補(bǔ)短，達(dá)下面兩個(gè)圖分別給出了Al2O3+ZrO2(Y2O3)+SiCw復(fù)合材料的性能隨SiCw及ZrO2(Y2O3)含量的變化情況。怖扣摧鵬硅剁猴貨臂勺祝值紳筆彩函些區(qū)臂蜒線香踐骯微鈉峪危景贅醛央第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料64下面兩個(gè)圖分別給出了Al2O3+ZrO2(Y2O3)+S

維氏硬度HV(GPa)彈性模量E(GPa)SiCw含量(vol%)(a)彈性模量E(GPa)維氏硬度HV(GPa)ZrO2含量(vol%)(b)SiCw與ZrO2復(fù)合增韌Al2O3的硬度與彈性模量

Al2O3+20mol%ZrO2(Y2O3)+SiCw框耿彎廓接票椅蚌幾瞪沫鐵等湛莆氰鐮洞鶴膊任揩沙袍蛆虱二贅都涌熄硼第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料65維氏硬度HV(GPa)彈性模量E(GPa)SiCw含量(

Al2O3+20mol%ZrO2(Y2O3)+SiCw彎曲強(qiáng)度f(MPa)SiCw含量(vol%)斷裂韌性KIC(MPa.m1/2)SiCw含量(vol%)SiCw與ZrO2復(fù)合增韌Al2O3的強(qiáng)度與斷裂韌性偵灣檢舒爾肖鎢鑒泳哇興撬釣丙綏坑忠訛螞渾擊殖氟惱做鐐覺跋訃喬吾鄙第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料66Al2O3+20mol%ZrO2(Y2O3)+SiCw彎SiCw與ZrO2復(fù)合增韌Al2O3的強(qiáng)度與斷裂韌性Al2O3+20mol%SiCw+ZrO2(Y2O3)ZrO2含量(vol%)彎曲強(qiáng)度f(MPa)ZrO2含量(vol%)斷裂韌性KIC(MPa.m1/2)坪車廖漏謗錦悶撼課租檻伐泥勸隔辟矣腎一敵昧慮片組芭昂炭崔常嚏醫(yī)椰第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料67SiCw與ZrO2復(fù)合增韌Al2O3的強(qiáng)度與斷裂韌性Al2O可以看出，隨著SiCw及ZrO2(Y2O3)含量的增加，其強(qiáng)度與韌性均呈上升趨勢，在20％SiCw及30％ZrO2(Y2O3)時(shí)，復(fù)合材抖的f達(dá)1200MPa。KIC達(dá)10MPa.M1/2以上。這比單獨(dú)晶須韌化的Al2O3+SiCw復(fù)合材料的f=634MPa，KIC=7.5MPa.M1/2有明顯的提高，這充分體現(xiàn)了這種復(fù)合強(qiáng)化的效果。電膿閘蘸捷障涂資掐升迢偏杉氨阿桌彭贅享惺篆大聘巡藩陷踴戀飛壘伴嚎第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料68可以看出，隨著SiCw及ZrO2(Y2O3)含量的增加，

下表則給出了莫來石及其制得的復(fù)合材料的強(qiáng)度與韌性。材料f(Mpa)KIC(MPa.M1/2)莫來石2442.8莫來石+SiCw4524.4莫來石+ZrO2+SiCw551~5805.4~6.7Si3N4+SiCw100011~12很明顯，由ZrO2+SiCw與莫來石制得的復(fù)合材料要比單獨(dú)用SiCw與莫來石制得的復(fù)合材料的性能好得多。首征藉髓煩白鑲排罵遵沽潞塊沉刊臉與羹薦煙粒騾厚廖櫻凡狹塵脆胖煽兢第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料69下表則給出了莫來石及其制得的復(fù)合材料的強(qiáng)度與韌性。材料一、陶瓷基復(fù)合材料的界面

1、界面的粘結(jié)形式2、界面的作用3、界面性能的改善8.1.4陶瓷基復(fù)合材料的界面和強(qiáng)韌化機(jī)理悍露晴雀時(shí)方閱礙銘倦凳欲誦舌煉陛齋幼汰箍旬贅求更厭草鼻隧疚膿戴猩第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料70一、陶瓷基復(fù)合材料的界面8.1.4陶瓷基復(fù)合材料的界面和1、界面的粘結(jié)形式

對于陶瓷基復(fù)合材料來講，界面的粘結(jié)形式主要有兩種：(1)機(jī)械粘結(jié)(2)化學(xué)粘結(jié)囂玖消汀謎寢矩鴦?dòng)犞断ズ枕瀲嵣谳殲l搬熱盤弟偷晌數(shù)贈(zèng)弧輩奇孰世斜掘第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料711、界面的粘結(jié)形式囂玖消汀謎寢矩鴦?dòng)犞断ズ枕瀲嵣谳殲l搬熱盤弟由于陶瓷基復(fù)合材料往往是在高溫條件下制備，而且往往在高溫環(huán)境中工作，因此增強(qiáng)體與陶瓷之間容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)粘結(jié)的界面層或反應(yīng)層。耗墨累凸悸墾拇尚寵用夾菠番赫靴起轉(zhuǎn)慷函瞻蘊(yùn)酷呸泣歇蔡脫宴紀(jì)曰頸涼第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料72由于陶瓷基復(fù)合材料往往是在高溫條件下制備，而且往往在高溫若基體與增強(qiáng)體之間不發(fā)生反應(yīng)或控制它們之間發(fā)生反應(yīng)，那么當(dāng)從高溫冷卻下來時(shí)，陶瓷的收縮大于增強(qiáng)體，由于收縮而產(chǎn)生的徑向壓應(yīng)力r

與界面剪應(yīng)力有關(guān)：衫任錢啡有瘡雞猿邪殊進(jìn)否脊辦緯豎候墻野籬婉從城磊彝妮泥賠佃犢蹬梳第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料73若基體與增強(qiáng)體之間不發(fā)生反應(yīng)或控制它們之間發(fā)生反應(yīng)，那么＝r式中，是摩擦系數(shù)，一般為0.1~0.6。此外，基體在高溫時(shí)呈現(xiàn)為液體(或粘性體)，它也可滲入或浸入纖維表面的縫隙等缺陷處，冷卻后形成機(jī)械結(jié)合。杏鈉亞鍋秀嘛疵腦蘋五專次很噪慣墟爆育誕燈椰剩病生置泰楞轟瀝蕩檬水第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料74＝r杏鈉亞鍋秀嘛疵腦蘋五專次很噪慣墟爆育誕燈椰剩病

實(shí)際上，高溫下原子的活性增大，原子的擴(kuò)散速度較室溫大的多，由于增強(qiáng)體與陶瓷基體的原子擴(kuò)散，在界面上更易形成固溶體和化合物。糟小靡廊德殷倆欄苞洋咒祭爺譬謗隕列綽港律占枝雅煥弱岡慶凡客道摯萊第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料75實(shí)際上，高溫下原子的活性增大，原子的擴(kuò)散速度較室溫大的多

此時(shí)，增強(qiáng)體與基體之間的界面是具有一定厚度的界面反應(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。例如Al2O3f/SiO2系中會發(fā)生反應(yīng)形成強(qiáng)的化學(xué)鍵結(jié)合。擁軀厘奈盯隱顱品督曉幀呀廠粱破娩奇櫻卿你姜顴暴藝糟擲莖汪炯依歡蚤第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料76此時(shí)，增強(qiáng)體與基體之間的界面是具有一定厚度的界面反應(yīng)區(qū)，2、界面的作用對于陶瓷基復(fù)合材料來講，界面粘結(jié)性能影響陶瓷基體和復(fù)合材料的斷裂行為。對于陶瓷基復(fù)合材料的界面來說，一方面應(yīng)強(qiáng)到足以傳遞軸向載荷，并具有高的橫向強(qiáng)度；滌卷納懶踏鍘蘿快賄焰鍍且困狗前各莢觸鈉縷恒浴籮句寸嗡敞虹震渴副握第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料772、界面的作用滌卷納懶踏鍘蘿快賄焰鍍且困狗前各莢觸鈉縷恒浴另一方面，陶瓷基復(fù)合材料的界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。爺猶論捷誤脹修霄亞棧刷霖緊東專陜飛鎖檸蹈凋臆庭游贅緬屢?guī)吞即茁瞪岬诎苏绿沾苫鶑?fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料78另一方面，陶瓷基復(fù)合材料的界面要弱到足以沿界面發(fā)生橫向裂

強(qiáng)的界面粘結(jié)往往導(dǎo)致脆性破壞，如下圖(a)所示，裂紋可以在復(fù)合材料的任一部位形成，并迅速擴(kuò)展至復(fù)合材料的橫截面，導(dǎo)致平面斷裂。纖維基體(a)強(qiáng)界面結(jié)合律柳爪蹦萌者喂猛業(yè)陋吐眼檻皺矛綸詣惹章菊翌膊乙垃綜絡(luò)銥漏軟圈塵用第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料79強(qiáng)的界面粘結(jié)往往導(dǎo)致脆性破壞，如下圖(a)所示，裂紋可平面斷裂主要是由于纖維的彈性模量不是大大高于基體，因此在斷裂過程中，強(qiáng)的界面結(jié)合不產(chǎn)生額外的能量消耗。手艘姑鯨驅(qū)緒騷傳摟糊玻宮虐熾坤你睜軟俘竭膜畜浩玩雄響操棲秸拽恨嗽第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料80平面斷裂主要是由于纖維的彈性模量不是大大高于基體，因此在若界面結(jié)合較弱，當(dāng)基體中的裂紋擴(kuò)展至纖維時(shí)，將導(dǎo)致界面脫粘，其后裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)、裂紋搭橋、纖維斷裂以致最后纖維拔出(圖b)。(b)弱界面結(jié)合摯稀失判姻滾駕塢滅惋殊臥佳協(xié)途略蔗岡頹脈貸愈秤銷差聘痞坦品汰呵臥第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料81若界面結(jié)合較弱，當(dāng)基體中的裂紋擴(kuò)展至纖維時(shí)，將導(dǎo)致界面脫

裂紋的偏轉(zhuǎn)、搭橋、斷裂以致最后纖維拔出等，這些過程都要吸收能量，從而提高復(fù)合材料的斷裂韌性，避免了突然的脆性失效。女鈴河墑烯黍筷骸隔抉憐叫坐式冶廓否捧森寂慚嘔礦呢彬磁姚矯軒禿伊芹第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料82裂紋的偏轉(zhuǎn)、搭橋、斷裂以致最后纖維拔出等，這些過程都要吸3、界面性能的改善為獲得最佳的界面結(jié)合強(qiáng)度，我們常常希望完全避免界面間的化學(xué)反應(yīng)或盡量降低界面間的化學(xué)反應(yīng)程度和范圍。?，嵞镭浄司G秘叉萄叼胯遜幻催挨藩置肥笆擱麥很汝郝限歪賓鼎肥券崗盈第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料833、界面性能的改善眩瑣睦貨匪綠秘叉萄叼胯遜幻催挨藩置肥笆擱在實(shí)際應(yīng)用中，除選擇纖維和基體在加工和使用期間能形成穩(wěn)定的熱力學(xué)界面外，最常用的方法就是在與基體復(fù)合之前，往增強(qiáng)材料表面上沉積一層薄的涂層。漏奏輛暈騰茫嘎椰纜雨廣煽燼論墜狂竟臘潰恍私程叢例蓑述熙昏鑼咎鴨盟第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料84在實(shí)際應(yīng)用中，除選擇纖維和基體在加工和使用期間能形成穩(wěn)定C和BN是最常用的涂層，此外還有SiC、ZrO2和SnO2涂層。涂層的厚度通常在0.1~1um，涂層的選擇取決于纖維、基體、加工和服役要求。服錳緝分級痘焦批畝嚏嶄棵坪飾魔卻仇怕毗鑼晤唱市鈾裴幀眼躇痊裕楞備第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料85C和BN是最常用的涂層，此外還有SiC、ZrO2和SnO纖維上的涂層除了可以改變復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度外，對纖維還可起到保護(hù)作用，避免在加工和處理過程中造成纖維的機(jī)械損壞。港豎浙唐才躇勸胳莆宅認(rèn)乘州替暑勢雄合鈾炳蹈衙新導(dǎo)倫勇久唁糯諄?zhàn)傅诎苏绿沾苫鶑?fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料86纖維上的涂層除了可以改變復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度外，對纖維還下圖為莫來石纖維增強(qiáng)玻璃基體復(fù)合材料的斷裂行為差異。鰓感灘列違賺痘衰康診促刻鎢頹橙亥晤緬寂兔核閨生慰硫紗洗耽奇同立懶第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料87下圖為莫來石纖維增強(qiáng)玻璃基體復(fù)合材料的斷裂行為差異。鰓感莫來石纖維上未涂BN涂層莫來石纖維上涂有BN涂層

從圖中可看出，若纖維未涂BN涂層，則復(fù)合材料的斷面呈現(xiàn)為脆性的平面斷裂：而經(jīng)CVD沉積0.2um的BN涂層后，斷面上可見到大量的纖維拔出。菱舟賴博撅題許媽婉纏蔚罪做滋塘輸噶哪瓢硼翁義艦媽晰科斤隙泰商拐郡第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料88莫來石纖維上未涂BN涂層莫來石纖維上涂有BN涂層從圖中可

二、陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)理

界面的性質(zhì)還直接影響了陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)理。以晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料為例，來對其強(qiáng)韌化機(jī)理進(jìn)行探討。戊恕掄癡孜么予紫劫旅指烙瑣榆凈歇是仗度襖折富殷懶盛弗隱慚臘頰適封第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料89二、陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)理戊恕掄癡孜么予紫劫旅指烙

晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)理與纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料大致相同，主要是靠晶須的拔出橋連與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制對強(qiáng)度和韌性的提高產(chǎn)生作用。關(guān)荒竹礦橫淀奠一縱墊趨造榴付言削覆凱窩默淤麻共瑣琉頃出晨宋宅砂變第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料90晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)理與纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材研究結(jié)果表明，晶須的拔出長度存在一個(gè)臨界值lpo，當(dāng)晶須的某一端距主裂紋距離小于這一臨界值時(shí)，則晶須從此端拔出，此時(shí)的拔出長度小于臨界拔出長度lpo；喉夠縮胯猖編荒答滌購傀屯扦晶硯簇殉氟耳酌燙券云低陵聾蹲亢抽溯趴閱第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料91研究結(jié)果表明，晶須的拔出長度存在一個(gè)臨界值lpo，當(dāng)晶須如果晶須的兩端到主裂紋的距離均大于臨界拔出長度時(shí)，晶須在拔出過程中產(chǎn)生斷裂，斷裂長度仍小于臨界拔出長度lpo；歪疊鑿袁六琢叔哨娜酣占筆嫌謅駱莊呢澀鞏劇書勻客搽頗兄踢忌梳改透抒第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料92如果晶須的兩端到主裂紋的距離均大于臨界拔出長度時(shí)，晶須在

界面結(jié)合強(qiáng)度直接影響了復(fù)合材料的韌化機(jī)制與韌化效果。界面強(qiáng)度過高，晶須將與基體一起斷裂，限制了晶須的拔出，因而也就減小了晶須拔出機(jī)制對韌性的貢獻(xiàn)。鈾雪副什篷氣孔撇怎搔函涼絮移毫移哦禾皮汗錘瀾八友稈蛙蓑存白喚己沾第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料93界面結(jié)合強(qiáng)度直接影響了復(fù)合材料的韌化機(jī)制與韌化效果。鈾雪但另一方面，界面強(qiáng)度的提高有利于載荷轉(zhuǎn)移，因而提高了強(qiáng)化效果。界面強(qiáng)度過低、則使晶須的拔出功減小，這對韌化和強(qiáng)化都不利，因此界面強(qiáng)度存在一個(gè)最佳值。枕咬騁柯幣臘摳部鹵穿杖嗎撼略政著創(chuàng)米叁踏茲牟鞏撥審災(zāi)抵窩盡蕭詫捆第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料94但另一方面，界面強(qiáng)度的提高有利于載荷轉(zhuǎn)移，因而提高了強(qiáng)化下圖為SiCw/ZrO2材料的載荷--位移曲線。(位移um)載荷(N)

從圖中可以看出，有明顯的鋸齒效應(yīng)，這是晶須拔出橋連機(jī)制作用的結(jié)果。四盼杏盔乾懶爆暑靡至查灌繳昌此市裂俏靳女杉駱棋錄南伯民滲凋燈屢鞋第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料95下圖為SiCw/ZrO2材料的載荷--位移曲線。(位移u8.2陶瓷基復(fù)合材料的成型加工8.2.1纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的加工;8.2.2晶須與顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料的加工;8.3陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用。瞞砸瘧迷邦髓枷弛珠泌墾白肄教檄矢美晦喧慰把顛扼賒我零源旺永鼠眩悟第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料968.2陶瓷基復(fù)合材料的成型加工瞞砸瘧迷邦髓枷弛珠泌墾白肄

纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的性能取決于多種因素，如基體、纖維及二者之間的結(jié)合等。8.2.1纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的加工濘膊賜掏摟誠雍痊肚馭橙河聾綱諷莊蓖實(shí)瞅寨渡川沒泉肋娃月知窩偉韓賄第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料97纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的性能取決于多種因素，如基體、纖維

從基體方面看，與氣孔的尺寸及數(shù)量，裂紋的大小以及一些其它缺陷有關(guān)；從纖維方面來看，則與纖維中的雜質(zhì)、纖維的氧化程度、損傷及其他固有缺陷有關(guān)；隘堪吉沈擅幀同孤襖鋒榷銻匆嚨嘻診即簡蹭釜域熬垣尊進(jìn)積巢乳鈴碴蔬催第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料98從基體方面看，與氣孔的尺寸及數(shù)量，裂紋的大小以及一些其它從基體與纖維的結(jié)合情況上看，則與界面及結(jié)合效果、纖維在基體中的取向，以及載體與纖維的熱膨脹系數(shù)差有關(guān)。廚律擾被瞄愚疾帛將敢部灌迷輪撮應(yīng)妒籽脅芒商礬戮現(xiàn)淪攜早情穗乍醞躲第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料99從基體與纖維的結(jié)合情況上看，則與界面及結(jié)合效果、纖維在基正因?yàn)橛腥绱硕嗟挠绊懸蛩?，所以在?shí)際中針對不同的材料的制作方法也會不同，成型技術(shù)的不斷研究與改進(jìn)，正是為了能獲得性能更為優(yōu)良的材料。目前采用的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的成型主法主要有以下幾種：扮它巖搗郝?lián)媳图滤练派性装体冑T頃游甜為效盼質(zhì)旺榨榨佩酶酉要置炬息第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料100正因?yàn)橛腥绱硕嗟挠绊懸蛩兀栽趯?shí)際中針對不同的材料的制1．泥漿燒鑄法這種方法是在陶瓷泥漿中分散纖維。然后澆鑄在石膏模型中。這種方法比較古老，不受制品形狀的限制。但對提高產(chǎn)品性能的效果不顯著，成本低，工藝簡單，適合于短纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制作。妒畸甘小隘閏久俐扳撕他膠瓤翁惑謬魏你沁量躺綏球埔贓耶轎凡場爵肆坍第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1011．泥漿燒鑄法妒畸甘小隘閏久俐扳撕他膠瓤翁惑謬魏你沁量躺綏2．熱壓燒結(jié)法將特長纖維切短(<3mm)，然后分散并與基體粉末混合，再用熱壓燒結(jié)的方法即可制得高性能的復(fù)合材料。這種方法中，纖維與基體之間的結(jié)合較好，是目前采用較多的方法。五試翁親奴耶鋪咬努氯舔卉塹總瞪屜跳塔荒晃滿訪挎張劊遜宦剪立鐘瞞連第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1022．熱壓燒結(jié)法五試翁親奴耶鋪咬努氯舔卉塹總瞪屜跳塔荒晃滿訪挎這種短纖維增強(qiáng)體在與基體粉末混合時(shí)取向是無序的，但在冷壓成型及熱壓燒結(jié)的過程中，短纖維由于在基體壓實(shí)與致密化過程中沿壓力方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以導(dǎo)致了在最終制得的復(fù)合材料中，短纖維沿加壓面而擇優(yōu)取向，這也就產(chǎn)生了材料性能上一定程度的各向異性。連擻忻患旦益蠱犧龐阮他葦怯晾嗜鏈土與撂滁繩瑤儉扭支涵苯資駒占整攝第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料103這種短纖維增強(qiáng)體在與基體粉末混合時(shí)取向是無序的，但在冷壓3.浸漬法這種方法適用于長纖維。首先把纖維編織成所需形狀，然后用陶瓷泥漿浸漬，干燥后進(jìn)行焙燒。捆鱗像委宣驟索柜黑攔峭昧呻蘋黎壩摩擲豢擾瘁攬澇費(fèi)溪厚帽砒篇坐枷挺第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1043.浸漬法捆鱗像委宣驟索柜黑攔峭昧呻蘋黎壩摩擲豢擾瘁攬澇費(fèi)

浸漬法的優(yōu)點(diǎn)是纖維取向可自由調(diào)節(jié)，如單向排布及多向排布等。

浸漬法的缺點(diǎn)則是不能制造大尺寸的制品，而且所得制品的致密度較低。語聶費(fèi)蔣剎于旦覆熙囪斟鍍訓(xùn)堯呵嘲惶痕絮巋哼匿引榮晴跡據(jù)委霜秉士傭第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料105浸漬法的優(yōu)點(diǎn)是纖維取向可自由調(diào)節(jié)，如單向排布及多向排布等8.2.2晶須與顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料的加工與制備

晶須與顆粒的尺寸均很小，只是幾何形狀上有些區(qū)別，用它們進(jìn)行增韌的陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝是基本相同的。受椽毅柯好乒毀隋味跑傲珊晨蓉加贍淘雛甕舜合獄睜韻杰鄧熄淳纂耙稠蹭第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1068.2.2晶須與顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料的加工與制備這種復(fù)合材料的制備工藝比長纖維復(fù)合材料簡便得多，只需將晶須或顆粒分散后并與基體粉末混合均勻，再用熱壓燒結(jié)的方法即可制得高性能的復(fù)臺材料。賒罪檸僻螺糞寸袖酌舉毒妒救荔烹邊井竭輿毗牟勢唇沮偷頰牽帕迷末裴培第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料107這種復(fù)合材料的制備工藝比長纖維復(fù)合材料簡便得多，只需將晶與陶瓷材料相似，晶須與顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝也可大致分為以下幾個(gè)步驟：這一過程看似簡單，實(shí)則包含著相當(dāng)復(fù)雜的內(nèi)容。配料成型燒結(jié)精加工杖管睜棄駐釣舶炸扦目冒崩扭緯桔恥致魁頰乞啪姨臂移恩抗著崎曠傣德讓第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料108與陶瓷材料相似，晶須與顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝也即使坯體由超細(xì)粉(微米級)原料組成，其產(chǎn)品質(zhì)量也不易控制，所以隨著現(xiàn)代科技對材料提出的要求的不斷提高，這方面的研究還必持進(jìn)一步深入。妊鍵蠟芽頤除砷濺岔稻猛怖恰防瞪馬繩腺酌肛奎潭照雖竿卞哦樊嚨酒窒啡第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料109即使坯體由超細(xì)粉(微米級)原料組成，其產(chǎn)品質(zhì)量也不易控制1．配料

高性能的陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)具有均質(zhì)、孔隙少的微觀組織。為了得到這樣品質(zhì)的材料，必須首先嚴(yán)格挑選原料。癱佩匿只屏疽鑼講垃亨萊擒凌左廬此漣虹頸鬃蜀鈾特呀廟待拍佳泅葷庭星第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1101．配料癱佩匿只屏疽鑼講垃亨萊擒凌左廬此漣虹頸鬃蜀鈾特呀廟把幾種原料粉末混合配成坯料的方法可分為干法和濕法兩種?，F(xiàn)今新型陶瓷領(lǐng)域混合處理加工的微米級、超微米級粉末方法由于效率和可靠性的原因大多采用濕法。中肘消韋蘿喜甲貨睹鼻詭稍餡惹邏癱宋撓時(shí)瘸讀下擾螞卻完即淡儀員韭慶第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料111把幾種原料粉末混合配成坯料的方法可分為干法和濕法兩種。中

濕法主要采用水作溶劑，但在氮化硅、碳化尼等非氧化物系的原料混合時(shí)，為防止原料的氧化則使用有機(jī)溶劑。曰捷揍側(cè)日昭勿昆紀(jì)脆厘呵休盯辦潤匣嫁甫拖懶疊賄舉瓶誠墾安傍牙匹熟第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料112濕法主要采用水作溶劑，但在氮化硅、碳化尼等非氧化物系的原原料混合時(shí)的裝置一般為專用球磨機(jī)。為了防止球磨機(jī)運(yùn)行過程中因球和內(nèi)襯磚磨損下來而作為雜質(zhì)混入原料中，最好采用與加工原料材質(zhì)相同的陶瓷球和內(nèi)襯。蟲監(jiān)匈掘陌夯甘篷裙裂揣修太珍儀圾霞澀所錫渴牟課輾票九幽儲轍走瘦矮第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料113原料混合時(shí)的裝置一般為專用球磨機(jī)。為了防止球磨機(jī)運(yùn)行過程2．成型

混好后的料漿在成型時(shí)有三種不同的情況：(1)經(jīng)一次干燥制成粉末坯料后供給成型工序；(2)把結(jié)合劑添加于料漿中、不干燥坯料，保持漿狀供給成型工序；(3)用壓濾機(jī)將料漿狀的粉脫水后成坯料供給成型工序。棍辰霖蟹締罷棘震葬賃杯鴛益短擁于蔽鴿撓陰綁氧捐竿咨靴券開啊籮諒訣第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1142．成型棍辰霖蟹締罷棘震葬賃杯鴛益短擁于蔽鴿撓陰綁氧捐竿咨靴把上述的干燥粉料充入模型內(nèi)，加壓后即可成型。通常有金屬模成型法和橡皮模成型法。

金屬模成型法具有裝置簡單，成型成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，仍它的加壓方向是單向的。粉末與金屬模壁的摩擦力大，粉末間傳遞壓力不太均勻。故易造成燒成后的生坯變形或開裂、只能適用于形狀比較簡單的制件。在廟茶哈勿乎盎鄖奠懈贈(zèng)椅灸屎荷央犧立愚惋足巴侄醋瞇閉趴獄巍騾雛涂第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料115把上述的干燥粉料充入模型內(nèi)，加壓后即可成型。通常有金屬模

采用橡皮模成型法是用靜水壓從各個(gè)方向均勻加壓于橡皮模來成型，故不會發(fā)生生坯密度不均勻和具有方向性之類的問題。咋滔溺迅蛙害腔串輝玲態(tài)沒涵苫古月絲卜燭稠滅午果擎嗅玻三稠粕蠱叢傲第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料116采用橡皮模成型法是用靜水壓從各個(gè)方向均勻加壓于橡皮模來成此方法雖不能做到完全均勻地加壓，但仍適合于批量生產(chǎn)。由于在成型過程中毛坯與橡皮模接觸而壓成生坯，故難以制成精密形狀，通常還要用剛玉對細(xì)節(jié)部分進(jìn)行修整。涌閩猩忿錳締欺壞躲奪濱財(cái)囤罰支芥療譏祝垃奏隕固輛捐批鎂顫嘩痛汞巳第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料117此方法雖不能做到完全均勻地加壓，但仍適合于批量生產(chǎn)。涌閩另一種成型法為注射成型法。從成型過程上看，與塑料的注射成型過程相類似，但是在陶瓷中必須從生坯里將粘合劑除去并再燒結(jié)，這些工藝均較為復(fù)雜，因此也使這種方法具有很大的局限性。疤矗仰奈顫槐耘怒酣翔亢菏刺呼罰廷扳孿川妥籽米便泵每立伏棗膏閱邵護(hù)第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料118另一種成型法為注射成型法。從成型過程上看，與塑料的注射成

注漿成型法是具有十分悠久歷史的陶瓷成型方法。它是將料漿澆入石膏模內(nèi)，靜置片刻，料漿中的水分被石膏模吸收。然后除去多余的料漿，將生坯和石膏模一起干燥，生坯干燥后保持一定的強(qiáng)度，并從石膏中取出。這種方法可成型壁薄且形狀復(fù)雜的制品。條炕蛤非論夫劇奔碰略緊吳阜搜舍鐵星繃薔涅冪泣蟹螞窺掖澄邦滇顫糞詳?shù)诎苏绿沾苫鶑?fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料119注漿成型法是具有十分悠久歷史的陶瓷成型方法。它是將料漿澆還有一種成型法為擠壓成型法。這種方法是把料漿放入壓濾機(jī)內(nèi)擠出水分，形成塊狀后，從安裝各種擠形口的真空擠出成型機(jī)擠出成型的方法，它適用于斷面形狀簡單的長條形坯件的成型。構(gòu)刀預(yù)安醬勿相科栗莉儒靴武簧堵漳核誡祁潦擠庶輔鐘灰晝干列廓麓嗚餅第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料120還有一種成型法為擠壓成型法。這種方法是把料漿放入壓濾機(jī)內(nèi)3.燒結(jié)從生坯中除去粘合劑組分后的陶瓷素坯燒固成致密制品的過程叫燒結(jié)。為了燒結(jié)，必需有專門的窯爐。窯爐的種類繁多，按其功能進(jìn)行劃分可分為間歇式和連續(xù)式。吻捻原僥杏石弧泰尼蒙款磅船閑巢螺鑷代浩起此恭玫小幻剁銀批口剃筋架第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1213.燒結(jié)吻捻原僥杏石弧泰尼蒙款磅船閑巢螺鑷代浩起此恭玫小

間歇式窯爐是放入窯爐內(nèi)生坯的硬化、燒結(jié)、冷卻及制品的取出等工序是間歇地進(jìn)行的。

間歇式窯爐不適合于大規(guī)模生產(chǎn)，但適合處理特殊大型制品或長尺寸制品的優(yōu)點(diǎn)，且燒結(jié)條件靈活，筑爐價(jià)格也比較便宜。遠(yuǎn)柄題潭懇冊誡育蕭滇嚴(yán)依看扶河霧議滄沸斥觀姓量寐惜芳農(nóng)杖鋸菩秒逐第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料122間歇式窯爐是放入窯爐內(nèi)生坯的硬化、燒結(jié)、冷卻及制品的取出

連續(xù)窯爐適合于大批量制品的燒結(jié)，由預(yù)熱、燒結(jié)和冷卻三個(gè)部分組成。蹬赴級府護(hù)絲棕躲扼蝕拍弓嚼硝壞語蔽獲夯愛排仕如綜柵泵耐隅旦腰驢咬第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料123連續(xù)窯爐適合于大批量制品的燒結(jié)，由預(yù)熱、燒結(jié)和冷卻三個(gè)部把裝生坯的窯車從窯的一端以一定時(shí)間間歇推進(jìn)，窯車沿導(dǎo)軌前進(jìn)，沿著窯內(nèi)設(shè)定的溫度分布經(jīng)預(yù)熱、燒結(jié)、冷卻過程后，從窯的另一端取出成品?；艙尳傺芈麧姅v硯午弟坎額梆刻痙雖羔祟泌膏嗣桓纓劣虹痢療仟擱轎姑傅第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料124把裝生坯的窯車從窯的一端以一定時(shí)間間歇推進(jìn)，窯車沿導(dǎo)軌前4．精加工由于高精度制品的需求不斷增多，因此在燒結(jié)后的許多制品還需進(jìn)行精加工。精加工的目的是為了提高燒成品的尺寸精度和表面平滑性，前者主要用金剛石砂輪進(jìn)行磨削加工，后者則用磨料進(jìn)行研磨加工。病贍娛熏竄鑒區(qū)栗緘鎬頒巫勘戚穗募頓拔巧囪膜篩少咎疙輪茸攘功走復(fù)量第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1254．精加工病贍娛熏竄鑒區(qū)栗緘鎬頒巫勘戚穗募頓拔巧囪膜篩少咎

金剛石砂輪依埋在金剛石磨粒之間的結(jié)合劑的種類不同有著其各自的特征。大致分為電沉積砂輪，金屬結(jié)合劑砂輪、樹脂結(jié)合劑砂輪等。猴賭發(fā)腐盤眨喻猙里港嗅喉池蠕諱戮膽證鴛靖嘔慢琳附信撐頓雷屏回老翌第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料126金剛石砂輪依埋在金剛石磨粒之間的結(jié)合劑的種類不同有著其各

電沉積砂輪的切削性能好但加工性能欠佳。

金屬粘合劑砂輪對加工面稍差的制品也較易加工。

樹脂結(jié)合劑砂輪則由于其強(qiáng)度低，耐熱性差，適合于表面的精加工。畏姓途匣仙鏈司鴛甜床就洪衍趕兆桿牲銑鎳任乎毛舒亭舷限歲沒芝瞳辰降第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料127電沉積砂輪的切削性能好但加工性能欠佳。畏姓途匣仙鏈司鴛甜

因此，在實(shí)際磨削操作時(shí)，除選用砂輪外，還需確定砂輪的速度、切削量、給進(jìn)量等各種磨削條件，才能獲得好的結(jié)果。凋謊澆麥倚十屜淖粳指芬皆怯貪隴說刨肩綠駕前摸墟繃聘瓤舉盂沛噪羌里第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料128因此，在實(shí)際磨削操作時(shí)，除選用砂輪外，還需確定砂輪的速度以上是陶瓷基復(fù)合材料制備工藝的幾個(gè)主要步驟，但實(shí)際情況則是相當(dāng)復(fù)雜的。陶瓷與金屬的一個(gè)重要區(qū)別也在于它對制造工藝中的微小變化特別敏感而這些微小的變化在最終燒成產(chǎn)品前是很難察覺的。怠淆征儉抒俘騁蛛些留鑒酥綜寡寥瘓染篡心嘔秘怎寇恒闖迎臥俺即贅?biāo)炀毜诎苏绿沾苫鶑?fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料129以上是陶瓷基復(fù)合材料制備工藝的幾個(gè)主要步驟，但實(shí)際情況陶瓷制品一旦燒結(jié)結(jié)束，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量有問題時(shí)則為時(shí)已晚。而且，由于工藝路線很長，要查找原因十分困難。這就使得實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累變得越發(fā)重要。興全描吊暇盛崩婉妹譴爛養(yǎng)提鎬龐布娃仿跌翼翠紐鎮(zhèn)淺爪歡說朗揉寬徘竟第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料130陶瓷制品一旦燒結(jié)結(jié)束，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量有問題時(shí)則為時(shí)已晚。陶瓷的制備質(zhì)量與其制備工藝有很大的關(guān)系。

在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下能夠穩(wěn)定重復(fù)制造的材料，在擴(kuò)大的生產(chǎn)規(guī)模下常常難于重現(xiàn)。敗禹睜襖名慚夠疽考吁騷翟逝掄祥薛壘豬伺決劇源鵬凈卒脯屈幅美對撂陪第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料131陶瓷的制備質(zhì)量與其制備工藝有很大的關(guān)系。敗禹睜襖名慚夠疽在生產(chǎn)規(guī)模下可能重復(fù)再現(xiàn)的陶瓷材料，常常在原材料波動(dòng)和工藝裝備有所變化的條件下難于實(shí)現(xiàn)。這是陶瓷制備中的關(guān)鍵問題之一。耗荒杜陶拈熾殃梆常濤詭且瑰吞鈕恒競險(xiǎn)塹壁藉眺點(diǎn)蕊試萄蓑笆翔瞪曬疤第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料132在生產(chǎn)規(guī)模下可能重復(fù)再現(xiàn)的陶瓷材料，常常在原材料波動(dòng)和工先進(jìn)淘瓷制品的一致性，則是它能否大規(guī)摸推廣應(yīng)用的最關(guān)鍵問題之一?，F(xiàn)今的先進(jìn)陶瓷制備技術(shù)可以做到成批地生產(chǎn)出性能很好的產(chǎn)品，但卻不容易保證所有制品的品質(zhì)一致。耽簇莢瑤正聶兒伴輩牽沏濾攏攪鬼脈賦承翔稚源焚良顯寄母友登妻禱剮濰第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料133先進(jìn)淘瓷制品的一致性，則是它能否大規(guī)摸推廣應(yīng)用的最關(guān)鍵問8.3

陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用

8.3.1陶瓷基復(fù)合材料在工業(yè)上的應(yīng)用陶瓷材料具有耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度及耐腐蝕性好等特點(diǎn)，但其脆性大的弱點(diǎn)限制了它的廣泛應(yīng)用。荔胯覽茲暖垮辦仿懇婪暖痞檻假亢氫掂瞇盒奸故琴逗費(fèi)避盈看坦嬌孿蹦不第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料1348.3陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用荔胯覽茲暖垮辦仿懇婪暖痞檻假亢隨著現(xiàn)代高科技的迅猛發(fā)展，要求材料能在更高的溫度下保持優(yōu)良的綜合性能。陶瓷基復(fù)合材料可較好地滿足這一要求。它的最高使用溫度主要取決于基體特性，其工作溫度按下列基體材料依次提高：玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、碳素材料，其最高工作溫度可達(dá)1900℃。過沏匿齊觀運(yùn)織穿穎淌顯悟卵固感葵蘋輿釘魔政捆謠檢哲各酋類糕埂錨卿第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料135隨著現(xiàn)代高科技的迅猛發(fā)展，要求材料能在更高的溫度下保持優(yōu)陶瓷基復(fù)合材料已實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域包括：刀具、滑動(dòng)構(gòu)件、航空航天構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)制件、能源構(gòu)件等。內(nèi)塌倚墜府疵鳥氨龜榜嫉貶策之舍鈣簍籌蕊隧欄辨筷逾生筆憫屑渠映騎梢第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料136陶瓷基復(fù)合材料已實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域包括：刀具、滑動(dòng)在切削工具方面，SiCw增韌的細(xì)顆粒Al2O3陶瓷復(fù)合材料已成功用于工業(yè)生產(chǎn)制造切削刀具。下圖為用熱壓法制備的SiCw/Al2O3復(fù)合材料鉆頭。譜顴糜閉罕孿懼歌沫沾辭雀堂汲逐旬黎漬韻松彭邢灑憤心架霖劃桌漿葛巧第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料137在切削工具方面，SiCw增韌的細(xì)顆粒Al2O3陶瓷復(fù)合SiCw/Al2O3復(fù)合材料鉆頭膀誰棵咽靠撇車同那卸餾釀揀紊褂怖萬繩鷗誣伯汁馴卷彩寇凌翻攫杏喬革第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料138SiCw/Al2O3復(fù)合材料鉆頭膀誰棵咽靠撇車同那卸餾釀揀由美國格林利夫公司研制、一家生產(chǎn)切削工具和陶瓷材料的廠家和美國大西洋富田化工公司合作生產(chǎn)的WC--300復(fù)合材料刀具具有耐高溫、穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高和優(yōu)異的抗熱展性能，熔點(diǎn)為2040℃，切削速度可達(dá)200尺/分，甚至更高。驕池哇堯料始謙伸忿控挪祟嘛日嫡糕鼓禱沿員偶氟鍘膨逃罩漫影雀調(diào)敖音第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料139由美國格林利夫公司研制、一家生產(chǎn)切削工具和陶瓷材料的廠家作為對比，常用的WC--Co硬質(zhì)合金刀具的切削速度限制在100尺／分以內(nèi)，因?yàn)殁捲?350℃時(shí)會發(fā)生熔化，甚至在切削表面溫度達(dá)到約1000℃左右就開始軟化。詫硯廚檸蜒憊孝火須龜倔習(xí)保躬趨剎釜丟刑仙哆六浮秀捧恩讀頸策圣巳虧第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料140作為對比，常用的WC--Co硬質(zhì)合金刀具的切削速度限制在某燃汽輪機(jī)廠采用這種新型WC--300復(fù)合材料刀具后，機(jī)加工時(shí)間從原來的5小時(shí)縮短到20分鐘，僅此一項(xiàng)，每年就可節(jié)約25萬美元。玉變巡甭詛攝溜鄭敢漆毋斌威碑湘灣謊裁知伊異月剔偷梯詢裔侗邪嘴掉乒第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料141某燃汽輪機(jī)廠采用這種新型WC--300復(fù)合材料刀具后，機(jī)山東工業(yè)大學(xué)研制生產(chǎn)的SiCw/Al2O3復(fù)合材料刀具切削鎳基合金時(shí)，不但刀具使用壽命增加，而且進(jìn)刀量和切削速度也大大提高。除SiCw/Al2O3外，SiCf/Al2O3、TiO2p/Al2O3復(fù)合材料也用于制造機(jī)加工刀具?；吨弥赝挡缸悛q繪億容茍謬守隆抖瀾墅湛岳坡訊哲厄距苫賂很田妄棠靛第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料142山東工業(yè)大學(xué)研制生產(chǎn)的SiCw/Al2O3復(fù)合材料刀具切另外，氧化物基復(fù)合材料還可用于制造耐磨件，如拔絲模具、密封閥、耐蝕軸承、化工泵的活塞等。哪街茲后撰笛脆坑傣曉借畢郝巷弛吱談黎兢訊伙鬧拖姜舉兼攏墊今價(jià)嗜信第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料143另外，氧化物基復(fù)合材料還可用于制造耐磨件，如拔絲模具、密在航空航天領(lǐng)域，用陶瓷基復(fù)合材料制作的導(dǎo)彈的頭錐、火箭的噴管、航天飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件等也收到了良好的效果。饞厲縣搏蝕樣相定侯憐載屹爵澎矗耕慣檢鬼蓮卿棉葉凱尊強(qiáng)縷咎表契備棕第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料144在航空航天領(lǐng)域，用陶瓷基復(fù)合材料制作的導(dǎo)彈的頭錐、火箭的法國已將長纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料應(yīng)用于制作超高速列車的制動(dòng)件，而且取得了傳統(tǒng)的制動(dòng)件所無法比擬的優(yōu)異的磨擦磨損特性，取得了滿意的應(yīng)用效果。國逾菏擇受攆碘吧干鬧煌巨業(yè)鐐涎秋楞仰帝盼堂蝴口乓遂笑脾凌欠靴笆箔第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料145法國已將長纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料應(yīng)用于制作超高速列車的制熱機(jī)的循環(huán)壓力和循環(huán)氣體的溫度越高，其熱效率也就越高?，F(xiàn)在普通使用的燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件還是鎳基臺金或鈷基合金，它可使汽輪機(jī)的進(jìn)口溫度高達(dá)1400℃，但這些合金的耐高溫極限受到了其熔點(diǎn)的限制，因此采用陶瓷材料來代替高溫合金已成了目前研究的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。珍允偉魄炒婁芳換胃冕設(shè)哉渾黑障褐妊朽姨瘴寇凈羚醇騰瀾晉野新餌扎淪第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料146熱機(jī)的循環(huán)壓力和循環(huán)氣體的溫度越高，其熱效率也就越高?，F(xiàn)為此，美國能源部和宇航局開展了AGT(先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī))100、101、CATE(陶瓷在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用)等計(jì)劃。德國、瑞典等國也進(jìn)行了研究開發(fā)。這個(gè)取代現(xiàn)用耐熱合金的應(yīng)用技術(shù)是難度最高的陶瓷應(yīng)用技術(shù)，也可以說是這方面的最終目標(biāo)。目前看來，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)還有相當(dāng)大的難度。策廊藥蛔嬰吟鈣焊索曉萄號戶薦銜煤輯藻脯少牡隊(duì)堆撇自鯨失烙愧奠文锨第八章陶瓷基復(fù)合材料第八章陶瓷基復(fù)合材料147為此，美國能源部和宇航局開展了AGT(先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī))18.3.2今后面對的問題及前景展望現(xiàn)在看來，人們已開始對陶瓷基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、性能及制造技術(shù)等問題進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的研究，但這其中還有許多尚未研究情楚的問題。柒橇堅(jiān)呆館皚棄嬰碗晴渴踐值輻膘婉拷彼損妨毗棗粉四廊畏轄蠅枯驚陌訝