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陶瓷材料增韧第1页，本讲稿共10页二、陶瓷材料的赠韧n n1.1.陶瓷的增韧机理陶瓷的增韧机理n n陶瓷的增韧机理虽然很多，大致可分为陶瓷的增韧机理虽然很多，大致可分为5 5种：种：n n1 1）微裂纹增韧：残余应变场与裂纹在分散相周围发生反）微裂纹增韧：残余应变场与裂纹在分散相周围发生反应，使主裂纹尖端产生微裂纹。应，使主裂纹尖端产生微裂纹。n n2 2）相变增韧：由分散相的相变产生应力场来阻止裂纹的）相变增韧：由分散相的相变产生应力场来阻止裂纹的扩展。扩展。n n3 3）裂纹扩展受阻：裂纹尖端的韧性分散相发生塑性变形，使）裂纹扩展受阻：裂纹尖端的韧性分散相发生塑性变形，使裂纹进一步的扩展受阻或裂尖钝化。裂纹进一步的扩展受阻或裂尖钝化。n n4 4）裂纹偏转：由于分散相和基体之间产生应力场，从而）裂纹偏转：由于分散相和基体之间产生应力场，从而使裂纹沿分散相发生偏转。使裂纹沿分散相发生偏转。n n5 5）县委（晶须）拔出：基体）县委（晶须）拔出：基体/纤维界面脱胶或纤维拔出纤维界面脱胶或纤维拔出 第2页，本讲稿共10页n n2 2 基体材料的选择基体材料的选择n n 要求基体材料有较高的耐高温性能，与纤维（或晶须）增要求基体材料有较高的耐高温性能，与纤维（或晶须）增强体有良好的界面相容性，同时应考虑到复合材料制造的工艺性强体有良好的界面相容性，同时应考虑到复合材料制造的工艺性能能 。可选择的基体材料有玻璃、氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷材。可选择的基体材料有玻璃、氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷材料。料。n n 玻璃基复合材料的优点是易于制作（燃烧过程中通过基玻璃基复合材料的优点是易于制作（燃烧过程中通过基体低熔点的粘性流动形成致密化），增韧效果好；缺点是玻体低熔点的粘性流动形成致密化），增韧效果好；缺点是玻璃相容容易产生高温蠕变，同时玻璃相还易向晶态转化而发璃相容容易产生高温蠕变，同时玻璃相还易向晶态转化而发生析晶，使性能下降，使用温度也受到限制。生析晶，使性能下降，使用温度也受到限制。n n 氧化物陶瓷主要有氧化物陶瓷主要有 MgOMgO、Al2O3Al2O3、SiO2SiO2、ZrO2 ZrO2 和莫来石和莫来石等，但它们均不宜用于高应力和高温环境。等，但它们均不宜用于高应力和高温环境。n n 非氧化物陶瓷等具有较高的强度、模量和抗热震动性及优异非氧化物陶瓷等具有较高的强度、模量和抗热震动性及优异的高温力学性能，与金属材料相比，这类陶瓷材料还有密度较低的高温力学性能，与金属材料相比，这类陶瓷材料还有密度较低等特点。等特点。第3页，本讲稿共10页n n3 增强增韧纤维的选择n n 纤维的增强陶瓷基复合材料能显著提高冲击韧性和抗震性，降低陶瓷的脆性，同时陶瓷又保护县委，使之在高温下不被氧化，因此具有很高的高温强度和弹性模量。第4页，本讲稿共10页第三节陶瓷材料的结构与性能n n一、陶瓷材料的组织结构n n1结晶相 2玻璃相 3气相n n二、陶瓷材料的性能特点n性能n 力学性能 刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低。n 熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化。耐蚀性、绝缘性好。第5页，本讲稿共10页第四节常用陶瓷材料简介n普通陶瓷普通陶瓷 日用，建筑卫生，电器日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工等用途。（绝缘），化工等用途。n特种陶瓷特种陶瓷 氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷等，碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷等，用于电容器，压电，磁性，电光，高温零用于电容器，压电，磁性，电光，高温零件等。件等。n功能陶瓷功能陶瓷n第6页，本讲稿共10页功能陶瓷：功能陶瓷：n 铁电陶瓷铁电陶瓷 有些陶瓷的晶粒排列是不规则的，但在外电场作用有些陶瓷的晶粒排列是不规则的，但在外电场作用下，不同取向的电畴开始转向电场方向，材料出现自发下，不同取向的电畴开始转向电场方向，材料出现自发极化，在电场方向呈显一定电场强度，这类陶瓷称为铁极化，在电场方向呈显一定电场强度，这类陶瓷称为铁电陶瓷，广泛应用的铁电材料有钛酸钡、钛酸铅、锆酸电陶瓷，广泛应用的铁电材料有钛酸钡、钛酸铅、锆酸铝等。铝等。铁电陶瓷应用最多的是铁电陶瓷电容器，还可用于铁电陶瓷应用最多的是铁电陶瓷电容器，还可用于制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。第7页，本讲稿共10页n 压电陶瓷压电陶瓷 铁铁电电陶陶瓷瓷在在外外加加电电场场作作用用下下出出现现宏宏观观的的压压电电效效应应，称称为为压压电电陶陶瓷瓷。目目前前所所用用的的压压电电陶陶瓷瓷主主要要有有钛钛酸酸钡钡、钛钛酸酸铅铅、锆锆酸铝、锆钛酸铅等。酸铝、锆钛酸铅等。压压电电陶陶瓷瓷在在工工业业、国国防防及及日日常常生生活活中中应应用用十十分分广广泛泛。如如压压电电换换能能器器、压压电电马马达达、压压电电变变压压器器、电电声声转转换换器器件件等等。利利用用压压电电效效应应将将机机械械能能转转换换为为电电能能或或把把电电能能转转换换为为机机械械能能的的元元件件称称为为换能器。换能器。第8页，本讲稿共10页n 氧化锆固体电解质陶瓷氧化锆固体电解质陶瓷 ZrO2中中加加入入CaO、Y2O3等等后后，提提供供了了氧氧离离子子扩扩散散的的通通道道，所所以以为为氧氧离离子子导导体体。氧氧化化锆锆固固体体电电解解质质陶陶瓷瓷主主要要用用于于氧敏传感器和高温燃料电池的固体电解质。氧敏传感器和高温燃料电池的固体电解质。n 生物陶瓷生物陶瓷 氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷和和氧氧化化锆锆陶陶瓷瓷与与生生物物肌肌体体有有较较好好的的相相容容性性，耐耐腐腐蚀蚀性性和和耐耐磨磨性性能能都都较较好好，因因此此常常用用于于生生物物体体中承受载荷部位的矫形整修，如人造骨骼等。中承受载荷部位的矫形整修，如人造骨骼等。第9页，本讲稿共10页 导导电电性性介介于于导导电电和和绝绝缘缘介介质质之之间间的的陶陶瓷瓷材材料料。主主要要有有钛钛酸酸钡钡陶陶瓷瓷，具具有有正正电电阻阻温温度度系系数数，应应用用非非常常广广泛泛。如如用用于于电电动动机机、收收录录机机、计计算算机机、复复印印机机、变变压压器器、烘烘干干机机、暖暖风风机机、电电烙烙铁铁、彩彩电电消消磁磁、燃燃料料的的发发热热体体、阻阻风风门门、化化油油器器、功功率率计、线路温度补偿等。计、线路温度补偿等。n 半导体陶瓷半导体陶瓷第10页，本讲稿共10页