原位生长晶须增强陶瓷基复合材料研究进展.pdf

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原位生长晶须增强陶瓷基复合材料研究进展and洲ralWhiskersgl啪昊义权张玉峰郭景坤Wu0引言原位生长晶须增强陶瓷基复合材料的制备GrowthReinforcedCeramicCompositesJingkun1．1碳热还原法在很大程度上会影响复合材料力学性能．该法制备的si已／Ishmk一1曾对sl，N．表面Sio：层用碳热还1．2燃烧合成法材料导报2000年12月第14卷第12期(中国科学院上海硅酸盐研究所．上海200050)摘要对原住生长晶须增强陶瓷基复合材料的特点、制备方法和机理进行了扼要说明，着重指出谊制奋工艺过关键调In—situYiquanZhangYufengGuoln—sIt“growth。whIskers．composltes．cera眦cs随着科学技术发展，对材料的要求越来越高．要求材料具有高强度、高韧性、耐高温、耐磨、耐化学腐蚀和一些特殊的光、电、声、磁等功能．目前只有冉瓷材料才能满足上述要求．脆性是陶瓷材料致命的弱点，改善陶瓷材料的脆性是陶瓷材料研究的重要课题-纤维补强。相变增韧及纳米复合材料是改善陶瓷脆性的有效途径。研究者们“叫’对利用品须补强陶瓷基复合材料进行了广泛的研究．取得了很大进步，但利用外加品须增强复合材料仍存在以下难以克服的缺点：①超声振动、高速搅拌及适当的分散剂和极性溶剂虽然可以改进晶须的均匀化“】．但由于晶须问分子静电引力和相互缠绕，根难做到晶须完全均匀分散．晶须团聚不仅阻碍烧结致密化，而且是气孔和大缺陷的聚集区．同时有些区域由于不台晶须．所以起不到补强增韧的效果．影响复合材料力学性能“】．②晶须的价格昂贵，晶须处理过程对人体的健康产生危害”J。@晶须生产和使用过程受到一定的空气污染，影响复合材料中晶须与基质问结合界面的物理化学特性”】．④晶须与基体在烧结和高温使用过程中会发生一定的物理化学变化．趋于新的热力学平衡，影响材料的性采用原位生长晶须有望克服上述缺点，由于晶须是在耢护气氛下生成品须和制备复合材料．可防止外界的污染．而且晶须是在基体中高温条件下制备，所以两者处于一定的高温热力学和相平街状态．对高温下使用的复合材料是非常有利的·另外晶额与基体间可能存在一定键结合，可以改进晶须与基体界面结合性能。同时原位生长法可降低复合材料的成本““．此外．原位生长晶须增强陶瓷基复合材料可能存在两种强化机制，因为反应过程中会有一些短纳米级的晶须或颗粒生成．分布于晶内阻碍晶粒滑移，提高复合材料强度．长晶须通过桥接、拔出等机制提高复合材料的韧性。目前日本已申请了原位生长sIc。增强Al。o，和sl，N。复合材料的专利．本文对原位生长晶须增强陶瓷基复合材料的几种制备方法、机理、特点和需要进一步研究解决的问题作一综述．1研究者们结合晶须制备的方法．在基体相中预先引入晶须生长反应物，均匀分散后．制成一定的坯体，在一定的条件下处理和致密化．可制备原位生长晶须强化复合材料．下面为将sioz、c和要增强相Al：o，或si，N。及烧结添加荆等在乙醇中均匀混合后干燥过筛．装入石墨坩埚，在氮气中碳热还原反应生成s-c，．脱碳后在氨气中热压制备成复合材料。这种方法制备工艺相对比较成熟．工艺比较简单．因为对碳热还原反应法制备Sic。晶须t研究者们已进行了大量研究““。但原位生成反应中存在反应转化率和剩余产物去除的问题，这Al：o，复合材料．晶须含量在15vol％时．其综合力学性能：Kr·m“2．d值下降为620～650MPa．sic．存在使强度降低．韧性增大．此外该材料具有较高的高温强度，可能是由于Si】N．颗粒表面sioz薄层被c还原生成sic．减少复合材料内玻璃原法制备sl，N。／sic㈨复合材料进行了系统的研究．常温强度300MPa．韧性可达6．5MPa·m“2，1200℃时高温强度可达1140MPa．·Z0·程中需要解决的主要问题．为今后研究原住生长品项强化复合材料提供有苴的枣考．原位生长晶须复合材料陶瓷Absn胃ctmIsthtproblemsKey能‘”．体中均匀生长的．无须从外界引入，可均匀分散。在一定的保几种制备方法。6MPa．m“2．o一560MPat分别比基体提高50％，30％．SIC。／S13N．复合材料在sIc，含量为15vol“时，KK=8．oMPa相的含量[12]。K可达1(Sha“ghaIofCeramics．ChineseAcademySclence，Sha“ghal200050Chlna)Thecharactenstlcs．mechanlsmandsmoemethodsln—slt“growthwhIskersforcedmatrixcomposhe§arede5crIbedbnenylt【ssomclmportanttht5proces55houldbcsolvc