《陶瓷基復(fù)合材料》PPT課件

《《陶瓷基復(fù)合材料》PPT課件》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第八章陶瓷基復(fù)合材料8.1陶瓷基復(fù)合材料的種類及基本性能8.2陶瓷基復(fù)合材料的成型加工技術(shù)8.3陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用18.1陶瓷基復(fù)合材料的種類及基本性能現(xiàn)代陶瓷材料具個(gè)耐高溫、耐磨損、耐腐蝕及重量輕等許多優(yōu)良的性能。但是，陶瓷材料同時(shí)也具有致命的缺點(diǎn)，即脆性，這一弱點(diǎn)正是目前淘瓷材料的使用受到很大限制的主要原因。2因此，陶瓷材料的韌性化問題便成了近年來(lái)陶瓷工作者們研究的一個(gè)重點(diǎn)問題?，F(xiàn)在這方面的研究巳取得了初步進(jìn)展，探索出了若干種韌化陶瓷的途徑。3其中，往陶陶瓷材料中加入起增韌作用的第二相而制成陶瓷基復(fù)合材料即是一種重要方法。48.1.1陶瓷基復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)體1．陶瓷基復(fù)合材

2、料的基體陶瓷基復(fù)合材料的基體為陶瓷，這是一種包括范圍很廣的材料，屬于無(wú)機(jī)化合物而不是單質(zhì)，所以它的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬合金復(fù)雜得多。5現(xiàn)代陶瓷材料的研究，最早是從對(duì)硅酸鹽材料的研究開始的，隨后又逐步擴(kuò)大到了其他的無(wú)機(jī)非金屬材料。目前被人們研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化鋁等，它們普遍具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、重量輕和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。62．陶瓷復(fù)合材料的增強(qiáng)體陶瓷基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體，通常也稱為增韌體。從幾何尺寸上增強(qiáng)體可分為纖維(長(zhǎng)、短纖維)、晶須和顆粒三類。7碳纖維是用來(lái)制造陶瓷基復(fù)合材料最常用的纖維之一。碳纖維可用多種方法進(jìn)行生產(chǎn)。工業(yè)上主要采用有機(jī)母體的熱氧化和石墨化。8碳纖維的生產(chǎn)過(guò)

3、程主要包括三個(gè)階段。第一階段在空氣中于200~400℃進(jìn)行低溫氧化；第二階段是在惰性氣體中在1000℃左右進(jìn)行碳化處理；第三階段則是在惰性氣體中于2000℃以上的溫度作石墨化處理。9目前，碳纖維常規(guī)生產(chǎn)的品種主要有兩種，即高模量型和低模量型。其中，高模量型的拉伸模量約為400GPa，拉伸強(qiáng)度約為1.7GPa；低模量型的拉伸模量約為240GPa，拉伸強(qiáng)度約為2.5GPa。10碳纖維主要用在把強(qiáng)度、剛度、重量和抗化學(xué)性作為設(shè)計(jì)參數(shù)的構(gòu)件，在1500℃的溫度下，碳纖維仍能保持其性能不變。11但是，必須對(duì)碳纖維進(jìn)行有效的保護(hù)以防止它在空氣中或氧化性氣氛中被腐蝕，只有這樣，才能充分發(fā)揮它的優(yōu)良

4、性能。12陶瓷基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體中，另一種常用纖維是玻璃纖維。制造玻璃纖維的基本流程如下圖所示：13玻璃球玻璃球再熔化連續(xù)纖維上漿紗線繞線筒玻璃纖維生產(chǎn)流程圖將玻璃小球熔化，然后通過(guò)1mm左右直徑的小孔把它們拉出來(lái)。另外，纏繞纖維的心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度決定纖維的直徑，通常為10um的數(shù)量級(jí)。14為了便于操作和避免纖維受潮并形成紗束，在剛凝固成纖維時(shí)，表面就涂覆薄薄一層保護(hù)膜，這層保護(hù)膜還有利于與基體的粘結(jié)。15玻璃的組成可在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)調(diào)整，因而可生產(chǎn)出具有較高楊氏模量的品種，這些特殊品種的纖維通常需要在較高的溫度下熔化后拉絲，因而成本較高，但可滿足制造一些有特殊要求的復(fù)合材料。16

5、還有一種常用的纖維是硼纖維。它屬于多相的，又是無(wú)定形的，因?yàn)樗怯没瘜W(xué)沉積法將無(wú)定形硼沉積在鎢絲或者碳纖維上形成的。17在實(shí)際結(jié)構(gòu)的硼纖維中，由于缺少大晶體結(jié)構(gòu)，使其纖維強(qiáng)度下降到只有晶體硼纖維一半左右。18由化學(xué)分解所獲得的硼纖維的平均性能為，楊氏模量420GPa，拉伸強(qiáng)度2.8GPa。硼纖維對(duì)任何可能的表面損傷都非常敏感，甚至比玻璃纖維更敏感，熱或化學(xué)處理對(duì)硼纖維都有影響，高于500℃時(shí)強(qiáng)度會(huì)急劇下降。19為了阻止隨溫度而變化的降解作用，已采用了不同類型的涂層作試驗(yàn)。例如，商業(yè)上使用的硼纖維通常是在表面涂了一層碳化硅，它可使纖維長(zhǎng)期暴露在高溫后仍有保持室溫強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。20陶瓷材料

6、中另一種增強(qiáng)體為晶須。晶須為具有一定長(zhǎng)徑比(直徑0.3~1um,長(zhǎng)30~100um)的小單晶體。1952年，Herring和Galt驗(yàn)證了錫的晶須的強(qiáng)度比塊狀錫高得多，這促使人們?nèi)?duì)纖維狀的單晶進(jìn)行詳細(xì)的研究。21從結(jié)構(gòu)上看，晶須的特點(diǎn)是沒有微裂紋、位錯(cuò)、孔洞和表面損傷等一類缺陷，而這些缺陷正是大塊晶體中大量存在且促使強(qiáng)度下降的主要原因。22在某些情況下，晶須的拉伸強(qiáng)度可達(dá)0.1E(E為楊氏模量)，這已非常接近于理想拉伸強(qiáng)度0.2E。相比之下，多晶的金屬纖維和塊狀金屬的拉伸強(qiáng)度只有0.02E和0.001E。23由于晶須具有最佳的熱性能、低密度和高楊氏模量，從而引起了人們對(duì)其特別的關(guān)注

7、。在陶瓷基復(fù)合材料中使用得較為普遍的是SiC、A12O3及Si3N4晶須。24陶瓷材料中的另一種增強(qiáng)體為顆粒。從幾何尺寸上看，顆粒在各個(gè)方向上的長(zhǎng)度是大致相同的，一般為幾個(gè)微米。常用得的顆粒也是SiC、Si3N4等。25顆粒的增韌效果雖不如纖維和晶須，但是，如果顆粒種類、粒徑、含量及基體材料選擇適當(dāng)仍會(huì)有一定的韌化效果，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)高溫強(qiáng)度，高溫蠕變性能的改善。所以，顆粒增韌復(fù)合材料同樣受到重視并對(duì)其進(jìn)行了一定的研究。268.1.2纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料在