陶瓷复合材料的增韧.docx

陶瓷基复合材料的增韧研究进展（综述）
摘要：陶瓷材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，但是陶瓷材料的脆性问题一直制 约着陶瓷材料的发展。近年来，人们在提高陶瓷的韧性方面取得了众多成果。本文介绍了近 五年来国内外关于纳米陶瓷基复合材料的点来看，克服陶瓷的 脆性的关键是：一是要提高陶瓷材料抵抗扩展裂纹的能力，二是要减缓裂纹尖端 的应力集中效应。陶瓷受外力作用，直至断裂时外力对每单位体积陶瓷所做的 功称为陶瓷材料的断裂能。在裂纹扩展过程中，任何能为断裂能的提高做 出贡献的能量损耗机制都有助于提高陶瓷材料的的韧性。 ⑹
陶瓷韧化可分为两类：一类是自增韧陶瓷，它是由烧结或热处理等工 艺使其微结构内部自生出增韧相；另一类是在试样制备时加入起增韧作用 的第二相(组元)，如纤维增韧、品须增韧及颗粒弥散增韧等。⑶

陶瓷材料的颗粒弥散增韧指把第二相颗粒引入陶瓷基体中，使其弥散分布 并引起增韧补强陶瓷基体的方法。这种增韧方式是通过第二相颗粒的弥散或者颗 粒的移动，产生一定塑变、沿晶界面滑移带来蠕变、形成裂纹尖端屏蔽、主裂纹 周围微开裂或裂纹桥，以及由于第二相与基体相热膨胀系数及弹性模量的失配导 致的残余热应力与扩散裂纹尖端应力交互作用，使得裂纹产生偏转、分岔、桥联 或者钉扎等效果，达到阻止裂纹扩展、提高断裂韧性的目的。⑺
由于颗粒增韧具有工艺简单、第二相容易分散、制品致密等优点，使得颗粒 增韧陶瓷基复合材料在许多方面获得了应用。⑶
刘丽菲［8 ］利用Al2O3的弥散增韧作用，以Al2O3为增韧剂，采用高温烧结法制 备了增韧氧化锆陶瓷，抗弯强度和断裂韧性分别达到1016MPa和 ・m〃2。徐鹤［9］在其研究中将碳黑颗粒引入到ZrB2-SiC材料中，采用传 统热压烧结工艺，制备出了高抗热冲击性能的ZrB2-SiC-C复合材料，添加碳黑 后， - m/ - m"。Azhar AZA 等人［10］研究了加入的粒子尺寸对ZTA-MgO陶瓷切削刀具的韧性的影响，结果表 明采用小粒径能获得韧性更好的切削刀具。
Liu Y等人［11］则研究了纳米粒子对金 属-陶瓷复合材料的断裂韧性的影响。
、品须增韧
纤维或晶须可有桥联、裂纹偏转(或分岔)和纤维拔出等多种增韧补强机理。 产生桥联时，纤维或晶须像桥梁一样，牵拉住两裂纹面，阻止裂纹进一步扩展。纤 维或晶须与基体的结合面为弱结合面，当晶粒的断裂强度超过裂纹的扩张应力 时，裂纹偏离原来的前进方向，沿纤维与基体的结合面扩展，引起界面解离，当 扩张应力大于晶粒的断裂强度时，裂纹穿过品粒。裂纹扩展路径呈现锯齿状，具 有比平面裂纹更大的表面积和表面能，可以吸收更多的能量，起到增韧效果纤维 或晶须拔出时与界面发生摩擦，其作用机理与桥联相同。所以，适当的界面结合 强度是此类增韧的前提。⑺
朱潇怡"I设计了以纳米SiC为基体相、纳米TiN、SiC晶须为增强相的纳米 复合碳化硅陶瓷体系，采用二步成型及无压液相烧结技术制备了 SiC纳米复合陶 瓷, - m〃2。刘笑笑等人［⑶研究了碳纳米管对Sm2Zr2O7微 观形貌、相结构以及断裂韧性的影响，结果表明:碳纳米管均匀分散在Sm2Zr2O7 基体中，复合材料的断裂韧性高于