陶瓷基复合材料CMC

第四节陶瓷基复合材料（CMC ）1.1概述工程中陶瓷以特种陶瓷应用为主，特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度高以及耐腐蚀件好等特点， 已广泛用于制做剪刀、网球拍及工业上的切削刀具、耐磨件、 发动机部件、热交换器、轴承等。陶瓷最大的缺点是脆性大、抗热震性能差。与金属基和 聚合物基复合材料有有所不同的，是制备陶瓷基复合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的韧性。特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了大量的断裂能量，使韧性得以大幅度提高。表6— 1 列出了由 颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺寸大小的比较。很明显连续纤维的增韧效果最佳，其次为品须、 相 变增韧和颗粒增韧。无论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较大提高，而且也使临界裂纹尺寸增大。表 6 1 陶住基 Ji 合材料与整体陶瓷斷裂韧性和临界裂纹大小的比校材料斷裂韧性（MPa-mV￡）丨裂纹尺寸大小整体陶瓷A1X>32* 7? ；1? 21 ]3~36SiC4 5 ? B+Q41-74颗粒增韧陶觀A1Q ? TiC36711礼 WT 汇41柑变增韧陶瓷ZrO ； f MgO9-12165^292加）严 YO74 — 16546*3 ? 1586 ? 439品烦增闕阖瓷8-10131-204纤维增切陶瓷52-硼硅玻璃巧 ?站S1G 锂铝旌玻璃15 ? 2533 — 44钢44 — 65陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物纳构远比金属与合金复杂得多。使用最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。陶瓷材料中的化学键往注是介于离子键与共价键之间的混合键。陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维（长、短纤维 ）、晶须和颗粒三类。碳纤维是用来制造陶瓷基复合材料最常用的纤维之一。碳纤维主要用在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件，在 1500 霓的温度下，碳纤维仍能保持其性能不变，但对碳纤维必须进行有效的保护以防止它在空气中或氧化性气氛中被腐蚀，只有这样才能充分发挥它的优良性能。其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。 陶瓷材料中另一种增强体为晶须。晶 须为具有一定长径比（直径 o 3 。1ym ，长30 — lMy ”的小单晶体。从结构上看，晶须的特点是没有微裂纹、位偌、 孔洞和表面损伤等一类缺陷，而这些缺陷正是大块晶体中大量存在且促使强度下降的主要原因。在某些情况下， 晶须的拉伸强度可达 o．1Z（Z 为杨氏模量 ），...