資源描述：
《陶瓷基復(fù)合材料制備方法》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。
1、陶瓷基復(fù)合材料沈衛(wèi)平一、陶瓷基復(fù)合材料概述特種陶瓷具有優(yōu)秀的力學(xué)性能、耐磨性好、硬度高及耐腐蝕性好等特點(diǎn)，但其脆性大，耐熱震性能差，而且陶瓷材料對(duì)裂紋、氣孔和夾雜等細(xì)微的缺陷很敏感。陶瓷基復(fù)合材料使材料的韌性大大改善，同時(shí)其強(qiáng)度、模量有了提高。顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料的彈性模量和強(qiáng)度均較整體陶瓷材料提高，但力–位移曲線形狀不發(fā)生變化；而纖維陶瓷基復(fù)合材料不僅使其彈性模量和強(qiáng)度大大提高，而且還改變了力–位移曲線的形狀（圖10-1）。纖維陶瓷基復(fù)合材料在斷裂前吸收了大量的斷裂能量，使韌性得以大幅度提高。圖10–1陶瓷基復(fù)合材料的力–位移曲線表10–1不同金屬、
2、陶瓷基體和陶瓷基復(fù)合材料的斷裂韌性比較材料整體陶瓷顆粒增韌相變?cè)鲰gAlB2BOB3BSiCAlB2BOB3B/TiCSiB3BNB4B/TiCZrOB2B/MgOZrOB2B/YB2BOB3BZrOB2B/AlB2BO3B斷裂韌性MPa/mP1/2P2.7~4.24.5~6.04.2~4.54.59~126~96.5~15裂紋尺寸大小,?m1.3~3641~7436~4141165~29274~16586~459表10–1不同金屬、陶瓷基體和陶瓷基復(fù)合材料的斷裂韌性比較材料晶須增韌纖維增韌SiC/Al2O3SiC/硼硅玻璃SiC/鋰鋁硅玻璃鋁鋼斷裂韌性M
3、Pa/mP1/2P8~1015~2515~2533~4444~66裂紋尺寸大小,?m131~204二、陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝1、粉末冶金法原料（陶瓷粉末、增強(qiáng)劑、粘結(jié)劑和助燒劑）?均勻混合（球磨、超聲等）?冷壓成形?（熱壓）燒結(jié)。關(guān)鍵是均勻混合和燒結(jié)過程防止體積收縮而產(chǎn)生裂紋。二、陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝2、漿體法（濕態(tài)法）為了克服粉末冶金法中各組元混合不均的問題，采用了漿體（濕態(tài)）法制備陶瓷基復(fù)合材料。其混合體為漿體形式?；旌象w中各組元保持散凝狀，即在漿體中呈彌散分布。這可通過調(diào)整水溶液的pH值來實(shí)現(xiàn)。對(duì)漿體進(jìn)行超聲波震動(dòng)攪拌則可進(jìn)一步改善彌散性。彌
4、散的漿體可直接澆鑄成型或熱（冷）壓后燒結(jié)成型。適用于顆粒、晶須和短纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料（圖10-2）。采用漿體浸漬法可制備連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。纖維分布均勻，氣孔率低。圖10–2漿體法制備陶瓷基復(fù)合材料示意圖3、反應(yīng)燒結(jié)法（圖10-3）用此方法制備陶瓷基復(fù)合材料，除基體材料幾乎無收縮外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：增強(qiáng)劑的體積比可以相當(dāng)大；可用多種連續(xù)纖維預(yù)制體；大多數(shù)陶瓷基復(fù)合材料的反應(yīng)燒結(jié)溫度低于陶瓷的燒結(jié)溫度，因此可避免纖維的損傷。此方法最大的缺點(diǎn)是高氣孔率難以避免。圖10–3反應(yīng)燒結(jié)法制備SiC/Si3N4基復(fù)合材料工藝流程4、液態(tài)浸漬法（圖10-4
5、）用此方法制備陶瓷基復(fù)合材料，化學(xué)反應(yīng)、熔體粘度、熔體對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤性是首要考慮的問題，這些因素直接影響著材料的性能。陶瓷熔體可通過毛細(xì)作用滲入增強(qiáng)劑預(yù)制體的孔隙。施加壓力或抽真空將有利于浸漬過程。假如預(yù)制體中的孔隙呈一束束有規(guī)則間隔的平行通道，則可用Poisseuiue方程計(jì)算出浸漬高度h：h=?（?rtcos?）/2?式中r是圓柱型孔隙管道半徑；t是時(shí)間；?是浸漬劑的表面能；?是接觸角；?是粘度。圖10-4液態(tài)浸漬法制備陶瓷基復(fù)合材料示意圖5、直接氧化法（圖10-5）按部件形狀制備增強(qiáng)體預(yù)制體，將隔板放在其表面上以阻止基體材料的生長。熔化的金屬在氧
6、氣的作用下發(fā)生直接氧化反應(yīng)形成所需的反應(yīng)產(chǎn)物。由于在氧化產(chǎn)物中的空隙管道的液吸作用，熔化金屬會(huì)連續(xù)不斷地供給到生長前沿。Al+空氣?Al2O3Al+氮?dú)?AlN圖10-5直接氧化法制備陶瓷基復(fù)合材料示意圖6、溶膠–凝膠（Sol–Gel）法（圖10-6）溶膠（Sol）是由于化學(xué)反應(yīng)沉積而產(chǎn)生的微小顆粒（直徑?100nm）的懸浮液；凝膠（Gel）是水分減少的溶膠，即比溶膠粘度大的膠體。Sol–Gel法是指金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠等過程而固化，再經(jīng)熱處理生成氧化物或其它化合物固體的方法。該方法可控制材料的微觀結(jié)構(gòu)，使均勻性達(dá)到微米、納米甚至分子量
7、級(jí)水平。Sol–Gel法制備SiO2陶瓷原理如下：Si(OR)4+4H2O?Si(OH)4+4ROHSi(OH)4?SiO2+2H2O使用這種方法，可將各種增強(qiáng)劑加入基體溶膠中攪拌均勻，當(dāng)基體溶膠形成凝膠后，這些增強(qiáng)組元穩(wěn)定、均勻分布在基體中，經(jīng)過干燥或一定溫度熱處理，然后壓制燒結(jié)形成相應(yīng)的復(fù)合材料。圖10-6溶膠–凝膠法制備陶瓷基復(fù)合材料示意圖6、溶膠–凝膠（Sol–Gel）法溶膠–凝膠法也可以采用漿體浸漬法制備增強(qiáng)相預(yù)制體（圖10-7）。溶膠–凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是基體成分容易控制，復(fù)合材料的均勻性好，加工溫度較低。其缺點(diǎn)是所制的復(fù)合材料收縮率大，導(dǎo)致基體經(jīng)
8、常發(fā)生開裂。圖10-7溶膠–凝膠法制備纖維陶瓷基復(fù)合材料示意圖7、化學(xué)氣相浸漬（
