第六章、陶瓷基复合材料第六章、陶瓷基复合材料一、概述一、概述二、陶瓷基复合材料的结构二、陶瓷基复合材料的结构三、陶瓷基复合材料的种类三、陶瓷基复合材料的种类四、陶瓷基复合材料的制备四、陶瓷基复合材料的制备五、陶瓷基复合材料未来趋势五、陶瓷基复合材料未来趋势一、概述陶瓷是氧化物、碳化物、氮化物和硅酸盐等无机化合物的总称，包括玻璃、家用瓷器、砖瓦等日常用品。随着人类文明的进步，开发出了各种新型陶瓷，其中一部分为实现力-电、湿-电、热-电等功能的功能陶瓷，而另一部分则为满足强度、耐高温、耐磨损等力学性能的结构陶瓷。20世纪70年代初期，结构陶瓷作为一种新型高温材料受到广泛的重视，因为陶瓷具有高熔点、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐高温和耐磨损等特点，然而由于陶瓷有共价键或离子键构成，因此具有本质的高强度和低延性，故而需要改善其韧性，但只有依靠非本质的的韧化机制才能实现，即将两种或两种以上陶瓷显微结构的组元复合起来，这就是陶瓷基复合材料二、陶瓷基复合材料的结构1.陶瓷基复合材料的基体陶瓷常分为硅酸盐、氧化物和非氧化物三类：1）硅酸盐陶瓷以SiO2为主，外加Al2O3，MgO，BeO，ZrO2等玻璃相。2）氧化物陶瓷是以晶体相为主，仅含少量的玻璃相。常用的有：Al2O3、ZrO2、TiO2、BeO等3）非氧化物陶瓷包括以石墨或金刚石结构存在的碳；氮化物（BN、SiN4等）；碳化物（SiC、TiC等）；硼化物（TiB2、ZrB2等）；硅化物（MoSi2等）其中，作为高温结构陶瓷Si3N4和SiC最为重要。其中，陶瓷材料中的硅酸盐结构较为复杂,普遍特点是存在[Si04]4-结构单元，重要的有锆英石和镁橄榄石。镁橄榄石锆英石2、陶瓷基复合材料的增强体陶瓷基复合材料的增强体通常也称为增韧体，虽然陶瓷材料具有耐高温、硬度高、耐磨损、耐腐蚀及相对密度轻等特点，但他的致命弱点就是脆性，这一弱点使得陶瓷材料的使用受到很大限制，其中，陶瓷基复合材料的增韧体一般分为三种：纤维、晶须和颗粒。纤维碳纤维有机纤维经固相反应转变而成的一种多晶纤维状聚合物碳，是一种无机非金属材料玻璃纤维非晶型无机纤维，主要成分为二氧化硅与Ca、B、Na、Al、Fe等的氧化物硼纤维通过在钨丝或涂炭或涂鸦的石英纤维（直径一般为3.5μm～50μm）上沉积不定型原子硼形成的一种无机复合纤维a纤维是具有较大长径比的材料，是最早应用的增强体。碳纤维C60纳米碳管金刚石石墨玻璃纤维为无定型结构，无远程有序特征，三维网络结构，具有各向同性。加入Na2O玻璃的无定型结构硼纤维通过在芯材(钨丝、碳丝或涂炭或涂鸦的石英纤维，直径一般为3.5μm～50μm)上沉积不定型的原子硼形成的一种无机复合纤维，直径100μm～200μm。特点：高强度、高模量、高硬度b晶须指直径小于3μm的单晶体生长的短纤维，与纤维相比存在的区别是：①单晶，缺陷少、强度高、模量大；•直径小（﹤0.1μm）；•长径比大（L/d﹥数十）；主要有两大类：陶瓷晶须氧化物晶须：Al203非氧化物晶须：SiC金属晶须：Cu、Cr、Fe、Ni等C颗粒增强体颗粒也是一种有效的增强体之一，主要用于金属基、聚合物和陶瓷基复合材料的增强体。在基体中的体积分数一般在：15％～30％；特殊时，也可以为5％～75％分类增强体根据变形性能刚性颗粒一般为陶瓷颗粒，常见的有：SiC、TiC、WC、BN、石墨等延性颗粒主要是金属颗粒，加入陶瓷中可增强其韧性根据其生产方式的不同外生型：颗粒的制备与基体无关，是通过一定的合成工艺制备而成的内生型：选定的反应体系在基体材料中，一定条件下通过化学反应原位生成，基体可参与或不参与化学反应3、陶瓷基复合材料的复合材料是两种或两种以上不同组分材料以微观或宏观的形式复合而成的多相材料，而组分材料间存在着结合层（区域），而在该区域内的材料特性，即元素的浓度、晶体结构、原子的配位、弹性模量、密度、热膨胀系数等不连续的区域叫界面结合方式：机械结合、物理结合、化学结合和扩散结合。其中以化学结合为主，有时几种结合方式同时存在。界面三、陶瓷基复合材料的种类类型1、按材料作用分（1）结构陶瓷基复合材料，用于制造各种受力零部件（2）功能陶瓷基复合材料，具有各种特殊性能（光...
