陶瓷基复合材料的研究进展.pdf

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陶瓷基复合材料的研究进展

王群刘欣李家科黄耀元周生娣
（景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，景德镇###$$%）

摘要!综述了陶瓷基复合材料&’()*+,’+*-),.’/+0/1,-(，2324的研究现状5对复合材料的补强增韧机理、界面、制
备工艺作了较全面的介绍5并对232的未来发展进行了展望。
关键词!复合材料6陶瓷基6补强增韧6发展趋势

陶瓷材料具有强度高、硬度大、耐高温、抗氧化5高张应力和切向压应力5这种应力与外应力发生相互作
温下抗磨损好5耐化学腐蚀性优良等优点5这些优异的用5使裂纹前进方向发生偏转、绕道5从而提高材料的
性能是一般常用金属材料、高分子材料等所不具备的5抗断能力5达到增韧目的。
因此越来越受到人们的重视。但由于陶瓷材料本身脆纤维和晶须增韧的机理;=<如图%所示，其作用原
性的弱点作结构材料使用时缺乏足够的可靠性。因
5理有以下几步：&%4负荷传递J要求&!?K!+4L!&!为
而改善陶瓷材料的脆性已成为陶瓷材料领域亟待解
5弹性模量5同时要求纤维与基体间有较强界面来帮助
决的问题之一。232就是通过颗粒弥散增韧和纤维及
负荷从基体转移到纤维46&!4基体预应力J如果!?L
晶须增韧等来改善陶瓷材料的力学性能5特别是脆
!+5则压缩应力能够产生5界面压缩力增加了纤维K基
性。因而开发已成为改善陶瓷脆性的主要手段
2325体界面的有效剪切抵抗6若线胀系数差别太大5则造
受到各国的高度重视和广泛研究;%9#<。
成大应力产生脱开或微裂纹5使强度下降6&#4裂纹偏
转J线胀系数不匹配5决定了裂纹—纤维结构相互作用
%232的增韧机理
形式5!?L!+时裂纹沿着纤维偏转6&=4纤维拔出J增
韧来自于纤维拔出所需额外功5要求纤维相对于界面
目前看来5陶瓷的增韧机理很多5但总体而言大致
具有高横向断裂韧性6&"4裂纹桥接J对晶须来说5拔出
可有=种类型：&%4相变增韧&-)*>1?/)+*-,/>-/@AB(>,>A4；
效应不明显，M(’B()等认为裂纹尖端尾部存在一晶须
&!4延性相增韧&-/@AB(>,>ACDE@’-,F(0B*1(14；&#4脆性
—基体界面解离区&E(C/>E,>AN/>(5OP45在此区域内5
纤维和晶须增韧&-/@AB(>,>ACDC,--F(?,C)(1*>E
晶须把裂纹桥接起来并在裂纹表面产生闭合应力5阻
GB,1H()14；&=4微裂纹增韧&-/@AB(>,>ACD+,’)/’)*’HI
止裂纹扩展5从而产生增韧补强作用。
,>A4;#<。
相变增韧的机理是在应力场的作用下5由分散相
的相变产生应力场5抵消外加应力5阻止裂纹扩展5达
到增韧目的。
延性相增韧主要是指粒子强化和弥散强化5通过
第!相粒子的加入5一方面对某些延性相粒子5它可以
在外力作用下产生一定塑性变形或者沿着晶面滑移产
生蠕变来缓解应力集中；另一方面由于第二相粒子与微裂纹增韧机制5主要是由于残余应变场与裂纹
在分散相周围发生反应从而使裂纹尖端产生微裂纹
基体粒子之间弹性模量和线胀系数的差异5在烧结过5
分支在一定程度上改善韧性但也造成强度下降。
程冷却阶段存在一定温差5因而在坯体内部产生径向55

作者简介：王群&%78894，男，本科，实验师:主要从事陶瓷性能与结构的研究:

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它是由液态溶胶通过水解反应脱水和聚合物形成凝
!#$#的界面%&’"(胶’凝胶经干燥和裂解形成无机氧化物陶瓷基体。该法
具备的优点是F在单相基体中能使其化学成分达到十分
复合材料的界面是指基体与补强剂之间化学成分均匀；能制造成分均匀、多相的陶瓷基体；对纤维预制
有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的体’很容易进行浸渗；烧成温度低’一般不超过)EGGH’
微小区域。界面虽然很小，但界面的结合方式在很大程这比传统的烧成温度要低几百度。该法目前主要存在
度上应了材料的性能。的问题是’致密化周期较长’制品空隙率较高’基体在
陶瓷基复合材料的界面结合方式包括化学结合、高温裂解过程中收缩率较大’容易产生裂纹和气孔。
物理结合、机械结合和扩散结合，其中以化学结合为!"%浆料浸渗法和混合法&粉末工艺’
主，有时几种界面结合方式同时存在。由于在陶瓷基复浆料浸渗法目前在制造长纤维补强玻璃和玻璃;
合材料中存在人为的界面，而界面又起着很重要的作陶瓷及低熔点陶瓷复合材料上应用最多’并且最有
用，故可按所需控制界面以达到理想的效果。现阶段界效。在热压烧结时温度应接近或略高于玻璃的软化点’
面的控制方法主要有以下几