第五章——陶瓷基复合材料.pdf

第五章陶瓷基复合材料( Ceramic posites ) 复****参考资料?邹祖讳,材料与科学技术丛书( 第 13 卷) :复合材料的结构与性能,科学出版社, 1999 , P155-203 ?贾广成,陶瓷基复合材料导论,冶金工业出版社, 2002 ?周玉,陶瓷材料学,哈尔滨工业大学出版社, 1995 ?穆柏春,陶瓷材料的强韧化,冶金工业出版社, 2002 本章主要内容: 一、基本概念和分类二、原材料及其特性三、设计理论和强韧化机理四、陶瓷基复合材料的制备技术五、纤维增强陶瓷基复合材料六、晶须增韧陶瓷基复合材料七、仿生结构陶瓷基复合材料一、基本概念和分类陶瓷基复合材料( Ceramic posites ,简称 CMCs ) 以陶瓷材料为基体,以高强度纤维、晶须、晶片和颗粒为增强体,通过适当的复合工艺所制成的复合材料。通常也成为复相陶瓷材料( Multiphase ceramics )或多相复合陶瓷材料( posite ceramics) 1 、定义?结构陶瓷基复合材料主要利用其力学性能和耐高温性能,主要用作承力和次承力构件,主要特性是轻质、高强、高刚度、高比模、耐高温、低膨胀、绝热和耐腐蚀等。?功能陶瓷基复合材料主要利用其光、声、电、磁、热等物理性能的功能材料,指除力学性能以外而具有某些物理性能(如导电、半导、磁性、压电、阻尼、吸声、吸波、屏蔽、阻燃、防热等)的陶瓷基复合材料。主要由功能体(单功能或多功能)和基体组成,基体不仅起到粘结和赋形的作用,同时也会对复合陶瓷整体性能有影响。多功能体可以使复合陶瓷具有多种功能,同时还有可能由于产生复合效应而出现新的功能。 2 、分类(1) 、按使用性能特性分类?氧化物陶瓷基复合材料?非氧化物陶瓷基复合材料?玻璃基或玻璃陶瓷基复合材料?水泥基多相复合(陶瓷)材料 2 、分类(2) 、按基体材料分类?颗粒弥散强化陶瓷基复合材料——包括硬质颗粒和延性颗粒?晶须补强增韧陶瓷基复合材料——包括短纤维补强增韧陶瓷基复合材料?晶片补强增韧陶瓷基复合材料——包括人工晶片和天然片状材料?长纤维补强增韧陶瓷基复合材料?叠层式陶瓷基复合材料——包括层状复合材料和梯度陶瓷基复合材料。 2 、分类(3) 、按增强体的形态分类可分为零维(颗粒)、一维(纤维状)、二维(片状和平面织物)、三维(三向编织体)等陶瓷基复合材料。具体可分为: 陶瓷基复合材料类型汇总表≈ 860 ≈ 1100 ≈ 1300 ≈ 1650 玻璃: SiO 2 等玻璃陶瓷: LAS 、 MAS 、 CAS 氧化物陶瓷: Al 2 O 3, MgO, ZrO2, Mullite 非氧化物陶瓷碳化物: B 4C, SiC, TiC, ZrC, Mo 2 C, WC 氮化物: BN, AlN, Si 3 N 4 ,TiN,ZrN 硼化物: AlB 2 , TiB 2, ZrB 2 水泥硅酸盐化合物、铝酸盐化合物等叠层式( 叠层、梯度) (按设计要求选择材料) 颗粒(陶瓷、金属) 晶须(陶瓷) 纤维(连续、短纤维) (陶瓷、高熔点金属) 结构复合式(叠层、梯度) (按设计要求选择材料) 最高使用温度( K ) 基体材料种类(材料名称) 增强体形态(材料名称) 二、原材料及其特性陶瓷基复合材料是由基体材料和增强体材料组成。基体材料有氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、水泥、玻璃等。增强体材料主要以不同形态来区分,有颗粒状、纤维状、晶须、晶板等。 1 、陶瓷基体材料高断裂韧性、高强度复合陶瓷耐热、耐腐蚀、耐磨损、高热导体碳化硅耐热、高热传导体氮化铝非常高的硬度、极好的热传导体立方氮化硼耐磨蚀、极好抗热震性、极好润滑性六方氮化硼高断裂韧性、高强度、极好抗热震性、耐磨损氮化硅非氧化物陶瓷 性能高断裂韧性、高强度氧化物复合材料耐热、耐腐蚀莫来石低膨胀系数、绝热、极好抗热震性钛酸铝低膨胀系数、极好的抗热震性堇青石(Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 ) 高断裂韧性、绝热二氧化锆耐热、耐腐蚀、耐磨氧化铝氧化物陶瓷 性能