相變韌化和彌散韌化

關于相變韌化和彌散韌化

高韌性陶瓷復合材料的韌化有兩種機理：（1）過程區(qū)域機理，包括相變韌化，微裂紋韌化，孿晶韌化等；（2）橋接區(qū)域韌化，包括彌散韌化，晶須韌化，纖維韌化等。其中相變韌化和彌散韌化的效果最為明顯，有代表性的是氧化鋯增韌陶瓷。第2頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

一、相變韌化

1.相變韌化機理氧化鋯增韌陶瓷的制得是利用陶瓷機體內(nèi)彌散的亞穩(wěn)四方氧化鋯(t-ZrO2)粒子在受到外力作用時轉變?yōu)閱涡毖趸?m-ZrO2)，吸收了能量從而提升了陶瓷的韌性。第3頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

這類陶瓷有兩類：（1）ZrO2基陶瓷，如部分穩(wěn)定氧化鋯基體，四方氧化鋯多晶體；（2）其他陶瓷基的陶瓷，如氧化鋯增韌的a-Al2O3

陶瓷等。應力誘導氧化鋯馬氏體相變韌化是t-ZrO2

的主要韌化機理。關于相變韌化機理的解釋有幾派觀點，下面介紹Griffith解。第4頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

第一，對于相變發(fā)生的情況由于新的裂紋表面生成給基體自由能的增加式中c---裂紋半徑

---臨界應變能釋放率。第5頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

第二，由于裂紋擴展增加的應變能與載荷做功的減少一致式中---施加拉伸應力；

---材料彈性模量；

---材料的泊松比。第6頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

第三，相變區(qū)附加的功式中---相變區(qū)的容積（其中R為相變區(qū)的大?。?/p>

---高溫相的體積分數(shù)；

---誘導相變單位體積所作的功。第7頁,共16頁，2024年2月25日，星期天綜合以上三個方面，系統(tǒng)的總能量為：移相：第8頁,共16頁，2024年2月25日，星期天因為所以式中即無相變材料的臨界應力強度因子?？梢钥闯?，應力誘導相變韌化對復合陶瓷斷裂韌性的貢獻，正比于體積分數(shù)的平方根。第9頁,共16頁，2024年2月25日，星期天二、彌散韌化彌散韌化的機理在前面討論彌散強化時，硬質點提高基體強度的同時會降低韌性。如果基體本身就是脆性材料，塑性區(qū)很小，那末粒子可能提高其韌性，這就是彌散韌化的出發(fā)點。例如，在c-ZrO2與Al2O3，t-ZrO2與Al2O3是復合陶瓷中，前已指出，應力誘導ZrO2馬氏體相變韌化是t-ZrO2的主要韌化機理，而c-ZrO2的韌化機理是彌散韌化。第10頁,共16頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共16頁，2024年2月25日，星期天在復合陶瓷中，當裂紋遇到第二相粒子時會避開粒子而偏轉，在彌散粒子之間走“之”字，裂紋形狀和長度的改變，新的斷裂表面的形成都會吸收能量，從而提高材料的韌性。裂紋遇到圓柱狀彌散粒子時發(fā)生偏轉而“之”字的示意圖如圖7-94所示

第12頁,共16頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共16頁，2024年2月25日，星期天2、彌散韌化的實踐第14頁,共16頁，2024年2月25