陶瓷基复合材料综述样稿.doc

陶瓷基复合材料综述汇报
Z09016124 王帅
摘要：综述了陶瓷基复合材料增强体种类陶瓷基复合材料界面和界面增韧，而且介绍了陶瓷基复合材料复合新技术和发展动态
关键词：陶瓷基 增强体 强韧
1陶瓷基复合材料增强体
复合材料中增强体，按几何形状划分，有颗粒状（简称零维）、纤维状（简称一维）、薄片状（简称二维）和由纤维编织三维立体结构。按属性划分，有没有机增强体和有机增强体，其中有合成材料也有天然材料，复合材料最关键增强体是纤维状。复合材料中常见纤维状增强体有玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和金属纤维等。它们有连续长纤维、定长纤维、短纤维和晶须之分。玻璃纤维有很多品种，它是树脂基复合材料最常见增强体，由玻璃纤维增强复合材料是现代复合材料代表，不过，因为它模量偏低，而且使用温度不高，通常它不属于高级复合材料增强体。

陶瓷基复合材料作为新一代高性能耐高温结构材料,在航空航天领域含有宽广应用前景。然而,因为其固有脆性,陶瓷材料在外载作用下极易发生脆性断裂。为了改善材料韧性,不仅要使用高强纤维,还需要在纤维和基体之间增加界面相,从而引入裂纹桥联、裂纹偏转、纤维脱粘滑移等增韧机制。纤维和基体之间热解碳界面层对于陶瓷基复合材料是至关关键。大量拉伸试验均表明,强界面材料模量高而强度低,断裂应变较小,断口整齐;弱界面材料模量低而强度高,断裂应变较大,纤维拔出较长,可见,界面能够起到增强和增韧效果,这得益于弱界面脱粘作用。界面脱粘能够减缓纤维应力集中,偏转基体裂纹扩展路径,避免裂纹沿某一横截面扩展,并阻止应力和能量在材料局部集中,使得材料韧性增加,不发生灾难性破坏。然而,基体裂纹扩展也含有一定随机性,和材料初始缺点相关。基体裂纹连通会造成裂纹发生失稳扩展,最终造成材料断裂失效。界面对陶瓷基复合材料拉伸性能影响在20世纪就是研究热点,所以,这方面文件报道较多,但关键结果是基于统计强度理论和剪滞理论建立起来细观力学模型,其中包含模量和强度计算模型。

陶瓷材料强化和增韧是材料工作者矢志不渝研究目标。因为陶瓷材料在室温下缺乏独立滑移性而表现出质脆弱点,它不像金属材料那样受力状态下产生凹痕或形变,而且它还是对裂纹、气孔和夹杂物等极细微缺点全部很敏感脆性材料。在改善和提升韧性过程中,材料工作者们向陶瓷基体内添加多种陶瓷颗粒、纤维及晶须或它们复合物,制备出多种陶瓷及复合材料,而且成功地应用于实际工业生产中,取得了可喜结果。本文综述陶瓷基复合材料增韧补强方法和相关增韧机理。

氧化锆化合物含有三种晶型,高温型是立方型、中温型是四方型、常温下是单斜型。不过在外应力抑制下,中温型四方相氧化锆能够在室温下介稳地保持着,一旦在材料受到外来应力情况下,这种受抑制介稳四方相氧化锆将要发生相变。在其相变过程中,要吸收一定能量,这无疑是起着消耗外来能量作用,同时在相变过程中,将要发生3%～5%体积改变,其结果是在裂纹尖端周围产生微小裂纹,这是材料韧性增加表现。所以,氧化锆相变将促成材料强度提升和韧性增加。氧化锆这一特征使它在陶瓷材料中成为一个很有效强化和增韧添加物,由此组成了系列氧化锆增韧陶瓷。氧化锆增韧陶瓷出现,为改善陶瓷材料脆性提供了崭新思绪。相变韧化关键机理有应力诱导相变增韧、