先進(jìn)陶瓷復(fù)合材料概念及分類

        陶瓷材料的強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，高溫下抗磨損好，耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，熱脹系數(shù)與密度小，這些優(yōu)異的材料性能是一般常用金屬材料、高分子材料及其它復(fù)合材料所不具備的，因此越來越受到人們的重視，并相繼開展了陶瓷汽車發(fā)動機(jī)、柴油機(jī)和航空發(fā)動機(jī)等大規(guī)模高溫陶瓷熱機(jī)研究計(jì)劃。但是，由于陶瓷材料本身的致命弱點(diǎn)——脆性，作結(jié)構(gòu)陶瓷材料使用時就缺乏足夠的可靠性，因而改善陶瓷材料的脆性已成為陶瓷材料領(lǐng)域亟待解決的問題之一。


 

        由于陶瓷固有的脆性限制了它的廣泛應(yīng)用，因此，研究陶瓷強(qiáng)韌化問題是陶瓷材料研究的一個重要課題。其中的一個方法是在陶瓷基體材料中加入起增強(qiáng)、增韌作用的第二相從而制成復(fù)合材料。由于普通陶瓷材料從廣義上講本身就是復(fù)合材料，所以這里所講的陶瓷基復(fù)合材料專指為獲得單項(xiàng)陶瓷材料所不具備的性能的人工制造的兩相材料（基體相和增強(qiáng)相），例如加入增強(qiáng)相使陶瓷基體材料強(qiáng)韌化等。制備陶瓷基復(fù)合材料的主要目的是提高陶瓷的韌性，陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)韌化的途徑有顆粒彌散、纖維（晶須）補(bǔ)強(qiáng)增韌、層狀復(fù)合增韌、與金屬復(fù)合增韌及相變增韌等。采用這些方法進(jìn)行增韌，陶瓷的韌性獲得了很大昀提高。不同金屬、陶瓷基體和陶瓷基復(fù)合材料的斷裂韌性比較。    

 

        陶瓷復(fù)合材料的分類方法很多。例如，按材料的用途可分為結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料和功能陶瓷復(fù)合材料，前者用于制造各種承力構(gòu)件，后者則用于各種特殊性能（如聲、光、電、磁、熱等）。根據(jù)基體材料的種類可分為氧化物基復(fù)合材料（如氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化硅復(fù)合材料等）和非氧化物基復(fù)合材料（如碳化硅基、氮化硅基等）。此外，微晶玻璃基復(fù)合材料如鋁鋰硅酸鹽微晶玻璃(I。i2 ()-A12()。 -Si()2)、鎂鋁硅酸鹽微晶玻璃( Mg()-A12 ()3 -Si02)等，碳／碳復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料等也屬于按基體材料的不同進(jìn)行分類的。
 

        根據(jù)增強(qiáng)體的形態(tài)對陶瓷基復(fù)合材料進(jìn)行分類是重要的一種分類方法。按這種方法，可將陶瓷基復(fù)合材料分為顆粒增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料、纖維（晶須）增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料、片材增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料等。其中，根據(jù)增強(qiáng)相相對于基體材料的彈性模量，顆粒增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料又可分為延性顆粒復(fù)合于強(qiáng)基質(zhì)中陶瓷復(fù)合材料和剛性粒子復(fù)合于基質(zhì)中陶瓷復(fù)合材料。前者利用塑性變形或沿晶界滑移來緩解應(yīng)力集中，如Ti\／Ni等，可使韌性顯著提高，但強(qiáng)度變化不大，其高溫性能下降。后者利用彈性模量和熱物理參數(shù)的不同，形成殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力場與裂紋尖端相互作用（裂紋偏轉(zhuǎn)、繞道、分岔、釘扎等），產(chǎn)生增韌作用。當(dāng)增強(qiáng)顆粒尺寸很小的時候（納米級及幾微米），就形成了彌散強(qiáng)化。短纖維或晶須增強(qiáng)可以明顯改善陶瓷體的韌性，但強(qiáng)度提高不夠顯著，模量與基體幾乎相當(dāng)；當(dāng)加入性能優(yōu)異的長纖維的時候，除韌性顯著提高外，強(qiáng)度和模量都有不同程度的增加。片材增強(qiáng)屬于層狀復(fù)合材料，有以石墨作為碳化硅的夾層材料和以氮化硼作為氮化硅的夾層材料。