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碳化硅陶瓷如何强化增韧

碳化硅陶瓷如何强化增韧

发布日期:2018-10-09 作者: 点击:

SiC(碳化硅)陶瓷因其具有优良的高温力学性能、高导热率、良好的抗热冲击性、耐化学腐蚀、低热膨胀系数及比重轻等性能,被广泛用于机械、化工、能源、航空航天及高温、高压、腐蚀、辐射、磨损等严酷条件下的军事领域。

由于其分子结构的键合特点,导致其塑性变形能力缺乏,表现为脆性,严重地影响了其作为结构材料的应用潜力。为此,陶瓷强化增韧便成了近年来陶瓷材料研究的核心问题。

一、碳化硅陶瓷的自增韧技术通过引入添加剂或晶种来诱导等轴状晶粒异向生长成为如板状、棒状、长柱状形貌的晶粒来形成自增韧陶瓷在近十几年得到了广泛的研究。其增韧机制是类似于晶须对材料的裂纹桥联增韧、裂纹偏转和晶粒拔出效应,其中桥联增韧是主要增韧机制。其中,预加晶种的增韧方案在Si3N4陶瓷中应用较多。例如利用β-Si3N4晶粒的异向生长,以少量β-Si3N4晶种得到长柱状的β-Si3N4晶体而起到增韧作用。

二、表面改性技术增韧SiC陶瓷

陶瓷材料的脆性断裂通常是在拉应力作用下,自表面开始断裂。如果通过人为地预加应力,在陶瓷材料表面造成一层残余压应力层,就有可能起到增韧的作用。类似这种陶瓷韧化技术被称作为表面改性技术增韧。主要方法包括陶瓷表面的热处理以及表面涂层处理等方案。

三、纤维/晶须增韧SiC陶瓷

纤维/晶须强韧化是目前陶瓷增韧技术中效果最为显著的一种技术,它不仅能提高材料的韧性,而且大多数情况下还能同时提高材料的强度,因而具有巨大潜在应用前景。这种技术主要是利用高强度、高模量的陶瓷纤维或晶须与陶瓷基体构成陶瓷基复合材料,靠纤维桥联、裂纹偏转和纤维拔出等机制,从而达到提高陶瓷韧性和强度的目的。

四、颗粒弥散相增韧碳化硅陶瓷技术

采用第二相颗粒增韧陶瓷基复合材料是根据性能要求进行材料改性甚至于材料设计的一种有效手段,它的主要设计思路是探讨成分、组织与结构和性能的关系。

第二相颗粒的选择所遵循的原则包括:第二相颗粒与基体之间的化学相容性与共存性;与基体之间的物理匹配性与强化性;与界相之间的匹配性以及第二相颗粒的尺寸和数量等。

在第二相颗粒确定之后,此种添加剂的粒径与级配比例将是获得良好增韧性能的决定性因素。在工业生产中,采用颗粒弥散增韧陶瓷最具有大规模推广的可行性。其中颗粒增韧SiC复合材料,工艺简单,价格便宜,易于大规模生产和被市场接受。


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