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晶須增強(qiáng)陶瓷

晶須增強(qiáng)陶瓷60年代末期研制的一種新型陶瓷基復(fù)合材料。已經(jīng)使用的主要增強(qiáng)體有SiC、Si3N4、Al2O3、AlN晶須及其混合物等,其形態(tài)為桿狀和針狀,直徑一般<30um,長徑比一般<200;基體主要有Al2O3、Si3N4、SiC、莫來石、SiO2等。晶須體積含量一般<40%。突出的性能特點(diǎn)是提高了陶瓷的韌性,其斷裂韌度比陶瓷提高2~5倍,熱震抗力明顯改善,耐高溫,且性能分散度大大減少。以Al2O3-SiCw為代表,在A...

    性能


晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的性能比短纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料優(yōu)越,它具有較好的斷裂韌性、優(yōu)異的耐高溫蠕變性能、均一的強(qiáng)度以及較高的耐磨損性耐腐蝕性。但這類材料的斷裂韌性往往低于連續(xù)纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料碳化硅晶須的加入會使氮化硅的燒結(jié)變得更困難,引入燒結(jié)助劑后可改善其燒結(jié)性能,所得復(fù)合材料具有較高強(qiáng)度。但是燒結(jié)助劑在提高燒結(jié)性能的同時也帶來了副作用,形成了玻璃相,這種玻璃相在高溫下與晶須及基體間的結(jié)合強(qiáng)度都很低,且玻璃相本身的強(qiáng)度低,對晶須還有強(qiáng)烈的腐蝕作用,從而會造成晶須強(qiáng)度下降,因此對復(fù)合材料的高溫強(qiáng)度不利。一般情況下,該復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性隨碳化硅晶須含量的增加而提高。

成型方法

以晶須為增強(qiáng)體、陶瓷為基體,通過復(fù)合工藝制得的新型陶瓷材料。它既保留了陶瓷基體的主要特性,又通過晶須的增強(qiáng)增韌作用,改善了陶瓷基體的性能。材料可以用外加晶須與基體原料混合、成型、燒結(jié)而成(稱外加晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料);也可以在一定溫度下熱處理,使坯體內(nèi)部生長出晶須,然后燒結(jié)而成(稱原位生長晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料),前一種工藝容易控制晶須含量,但難以清除晶須團(tuán)聚現(xiàn)象,后者可以實(shí)現(xiàn)晶須均勻分布,但含量難以精確控制。合理的界面狀態(tài)有利于發(fā)揮晶須作用,獲得優(yōu)越性能。晶須增強(qiáng)陶瓷基材料比單一陶瓷材料性能好,但價格相對較高,主要用于國防工業(yè)航空航天以及精密機(jī)械零件等方面。

種類

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以看作是在基體相中均勻分布著多晶纖維或晶須。這類材料應(yīng)用很廣,如塑料基復(fù)合材料(玻璃纖維增強(qiáng)尼龍、增強(qiáng)聚丙烯、增強(qiáng)苯乙烯等)。橡膠基復(fù)合材料(合成纖維或玻璃纖維增強(qiáng)橡膠等)和金屬基復(fù)合材料(硼纖維或碳纖維增強(qiáng)鋁等)。纖維(晶須)增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料則是同陶瓷作基體相的一種新型材料。如氮化物纖維增強(qiáng)氧化鋁、碳化硅連續(xù)纖維增強(qiáng)氮化硅、碳纖維增強(qiáng)氮化硅等復(fù)合材料。
無機(jī)纖維的性質(zhì)和制法目前所用的無機(jī)纖維有多晶纖維、復(fù)合纖維和單晶纖維(即晶須)。它們是由高溫氧化物或難熔的非氧化合物組成的。多晶纖維有玻璃纖維、石英纖維硅酸鋁纖維碳素纖維、硼纖維、氧化物纖維、氮化物纖維和碳化物纖維等。復(fù)合纖維有SiC纖維、BC纖維,單晶纖維(晶須)是直徑僅為幾微米的單晶體,包括陶瓷晶須和金屬晶須。增強(qiáng)纖維材料應(yīng)具有高的比強(qiáng)度和比彈性率。它們的性質(zhì)與纖維材料的種類、晶體結(jié)構(gòu)(單晶或多晶體)以及纖維的斷面積和長度等因素有關(guān)。

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