陶瓷基复合材料的制备方法.pptx

会计学4.4.1陶瓷基基复合材料的基体(jītǐ)与增强体陶瓷基复合材料中的增强体，通常也称为增韧体。从几何尺寸上增强体可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒(kēlì)三类。玻璃球b.晶须：
晶须为具有一定长径比(直径0.3~1m,长0~100m)的小单晶体。晶须的特点是没有微裂纹、位错、孔洞和表面损伤等一类缺陷，因此其强度接近理论强度。
由于晶须具有最佳(zuìjiā)的热性能、低密度和高杨氏模量，从而引起了人们对其特别的关注。
在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是SiC、A12O3及Si3N4晶须。颗粒
从几何尺寸(chǐcun)上看，颗粒在各个方向上的长度是大致相同的，一般为几个微米。
颗粒的增韧效果虽不如纤维和晶须。但是，如果颗粒种类、粒径、含量及基体材料选择适当仍会有一定的韧化效果，同时还会带来高温强度，高温蠕变性能的改善。所以，颗粒增韧复合材料同样受到重视并对其进行了一定的研究。
常用的颗粒也是SiC、Si3N4等。1.纤维增强陶瓷基复合材料
在陶瓷材料中，加入第二相纤维制成复合材料是改善陶瓷材料韧性的重要(zhòngyào)手段，按纤维排布方式的不同，又可将其分为单向排布长纤维复合材料和多向排布纤维复合材料。单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料的显著特点是它具有各向异性，即沿纤维长度方向上的纵向性能要大大优于其横向性能。
在实际(shíjì)构件中，主要是使用其纵向性能。在单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料中，当裂纹扩展遇到纤维时会受阻，这时，如果要使裂纹进一步扩展就必须提高外加应力。
这一过程的示意图如下：裂纹垂直于纤维方向(fāngxiàng)扩展示意图单向排布纤维增韧陶瓷(táocí)只是在纤维排列方向上的纵向性能较为优越，而其横向性能显著低于纵向性能，所以只适用于单轴应力的场合。而许多陶瓷(táocí)构件则要求在二维及三维方向上均具有优良的性能，这就要进一步研究多向排布纤维增韧陶瓷(táocí)基复合材料。二维多向排布纤维增韧复合材料的纤维的排布方式有两种：一种是将纤维编织成纤维布，浸渍浆料后，根据(gēnjù)需要的厚度将单层或若干层进行热压烧结成型，如下图所示。纤维层纤维层三维多向编织纤维增韧陶瓷是为了满足某些(mǒuxiē)情况的性能要求而设计的。
这种材料最初是从宇航用三向C/C复合材料开始的，现已发展到三向石英/石英等陶瓷复合材料。下图为三向正交C/C纤维编织结构示意图。它是按直角坐标将多束纤维分层交替编织而成。这种三维多向编织结构还可以通过调节纤维束的根数和股数，相邻束间的间距，织物的体积密度以及纤维的总体积分数等参数进行设计(shèjì)以满足性能要求。2.晶须和颗粒增强陶瓷(táocí)基复合材料由于(yóuyú)晶须的尺寸很小，从宏观上看与粉末一样，因此在制备复合材料时，只需将晶须分散后与基体粉末混合均匀，然后对混好的粉末进行热压烧结，即可制得致密的晶须增韧陶瓷基复合材料。
目前常用的是SiC，Si3N4，Al2O3晶须，常用的基体则为Al2O3，ZrO2，SiO2，Si3N4及莫来石等。
晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与基体和晶须的选择、晶须的含量及分布等因素有关。由于晶须具有较大的长径比，因此，当其含量较高时，因其桥架效应而使致密(zhìmì)化变得因难，从而引起了密度的下降并导致性能的下降。
为了克服这一弱点，可采用颗粒来代替晶须制成复合材料，这种复合材料在原料的混合均匀化及烧结致密(zhìmì)化方面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。当所用的颗粒为SiC，TiC时，基体材料采用最多的是Al2O3，Si3N4。目前，这些复合材料已广泛用来制造刀具(dāojù)。
晶须与颗粒对陶瓷材料的增韧均有一定作用，且各有利弊：
晶须的增强增韧效果好，但含量高时会使致密度下降；颗粒可克服晶须的一弱点，但其增强增韧效果却不如晶须。4.4.3纤维增强(zēngqiáng)陶瓷基复合材料的制备正因为(yīnwèi)有如此多的影响因素，所以在实际中针对不同的材料的制作方法也会不同，成型技术的不断研究与改进，正是为了能获得性能更为优良的材料。1．泥浆烧铸法
这种方法是在陶瓷泥浆中分散(fēnsàn)纤维。然后浇铸在石膏模型中。这种方法比较古老，不受制品形状的限制。但对提高产品性能的效果显著，成本低，工艺简单，适合于短纤维增强陶瓷基复合材料的制作。2．热压烧结法
将特长纤维切短(<3mm)，然后分散并与基体粉末混合，再用热压烧结的方法即可制得高性能的复合材料(fùhécáiliào)。
这种方法中，纤维与基体之间的结合较好，是目前采用较多的方法。这种短纤维增强(zēngqiáng)体在与基体粉末混合时取向是无序的，但在冷压成型及热压烧结的过程中，短纤维由于在基体压实与致密化过程中沿压力方向转动，所以导致了在最终制