陶瓷基复合材料37446.pptx

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1、表表1 1 氧化铝陶瓷的结构和主要性能氧化铝陶瓷的结构和主要性能 名称刚玉-莫来石瓷刚玉瓷刚玉瓷牌号75瓷95瓷99瓷Al2O3含量/%759599主晶相-Al2O3和3Al2O32SiO2-Al2O3-Al2O3密度/（gcm-3）3.23.43.53.9抗拉强度/MPa140180250抗弯强度/MPa250300280350370450抗压强度/MPa120012002500热膨胀系数/10-6-155.55.55.76.7介电强度/（kVmm-1）253015182530第1页/共67页（2）ZrO2陶瓷熔点2680，2300由立方相转变为四方相，11001200转变为单斜相，二级相变

2、速度快，体积膨胀79%，制品开裂。添加CaO、MgO或Y2O3生成部分稳定立方氧化锆（PSZ）断裂韧性远高于其它结构陶瓷，俗称“陶瓷钢”，使用温度高（2000以上），导热系数小。第2页/共67页2 非氧化物陶瓷（1）SiC陶瓷有（六方）和（立方）两种晶型，硬度大，抗腐蚀性和抗氧化性好，高温强度高，1400仍达600MPa（表2）。（2）Si3N4陶瓷有（六方）和（立方）两种晶型，强度高（室温抗弯强度达200MPa），抗热震性和抗高温蠕变性能好，硬度高，耐腐蚀，抗氧化温度达1000，电绝缘性好。第3页/共67页表表2 2 不同制备方法的碳化硅的部分性能不同制备方法的碳化硅的部分性能 制备方法弯曲

3、强度（4点）/MPa弹性模量/GPa热膨胀系数/10-6-1热传导率/(Wm-1K-1)2510001375热压（加MgO）6906203303173.03015烧结（Y2O3）6555852752363.22812反应烧结（密度2.45）2103453801652.863第4页/共67页5.1.2 陶瓷基复合材料的增强材料1 纤维增强体（1）碳纤维石墨纤维，高模量型，拉伸模量400GPa，拉伸强度1.7GPa；低模量型，拉伸模量240GPa，拉伸强度2.5GPa。（2）SiC纤维CVD法、有机硅聚合物前驱体法，最高使用温度达1200，强度达19604410MPa，在最高使用温度下强度保持率在

4、80以上，模量为176.4294GPa。（3）氧化铝系纤维聚合物法、溶胶-凝胶。使用温度达14501600，拉伸强度20003000MPa。2 晶须强度高，接近0.2E。常用SiC、Al2O3、Si3N4晶须。3 颗粒增强体常用SiC、Si3N4、ZrO2、TiB2颗粒。第5页/共67页5.1.3 陶瓷基复合材料的界面1界面分类（1）机械结合：主要靠基体与纤维之间的摩擦力来实现的。（2）溶解和润湿结合：基体与增强材料之间通过原子扩散和溶解形成结合，基界面是溶质的过渡带。（3）反应结合：基体与增强材料发生化学反应，在界面生成化合物，将两者结合在一起。（4）混合结合：以上三种方式的结合。2控制界面

5、反应的方法（1）改变增强材料的表面性质，如涂层等。（2）向基体中添加特定元素，降低烧结温度与缩短烧结时间。（3）改进复合工艺和设备。第6页/共67页5.2 颗粒增强陶瓷基复合材料颗粒增强陶瓷基复合材料5.2.1 增韧机制1非相变增韧断裂力学理论：反映材料韧性本质的是裂纹扩散性能，固体中裂纹扩散的临界条件是弹性应变能释放等于裂纹扩散单位面积所需的断裂能。（1）热膨胀失配增韧当颗粒与基体的热膨胀系数不同时，由于冷却收缩不同，颗粒将受到一个力F：式中：=p-m，T是温差，是泊松比，E是弹性模量。在距离颗粒中心R处的基体中将产生径向应力r和切向应力：颗粒与基体中存在弹性应变能，弹性应变能与颗粒半径的平

6、方成正比。当颗粒半径大于某一临界值后，或者应力大于某一临界值后，会产生裂纹，释放应变能。第7页/共67页表表5-1 颗粒增强陶瓷基复合材料的力学性颗粒增强陶瓷基复合材料的力学性能能体系第二相颗粒尺寸/m第二相体积含量/%弯曲强度断裂韧性残余应力(T=1200)/MPa线膨胀系数差MPa增量/%MPam1/2增量/%TiCp/SiC24.6470680453.86.05815000TiB2p/SiC15379485283.14.5452230016360478304.68.990223001.0106.57.31223200TiNp/Si3N44.0106.57.8202320013.6106.

7、57.21123200SiCp/Al2O32.05.1370490323.24.541109008.05.137037003.23.92210900SiCp/MgO503407001061.24.527513700时，F0，r0，0，基体径向处于拉伸状态，切向处于压缩状态。当应力足够大时，可能产生环向微裂纹。当裂纹遇到第二相颗粒时，并不是直接朝颗粒扩展，而是在基体中沿着与平行、与r垂直的方向发展，绕过第二相颗粒，增加裂纹扩展的路径，增加了裂纹扩展的阻力。当0时，F0，r0，基体径向处于压缩状态，切向处于拉伸状态。当应力足够大时，产生径向微裂纹，裂纹直接朝颗粒扩展，若外应力不再增大，则裂纹扩展终

8、止（裂纹钉扎）。外应力继续增大，当颗粒较小时，沿界面扩展（裂纹偏转）较容易，裂纹穿过颗粒使颗粒开裂（穿晶开裂）较困难；当颗粒较大时，穿晶开裂较容易，裂纹偏转较困难。所以材料设计时，一般要求颗粒直径小于临界颗粒直径（dm m时复合材料的裂纹扩展路径时复合材料的裂纹扩展路径 第11页/共67页图图5-3 5-3 p pm m时复合材料的裂纹扩展路径时复合材料的裂纹扩展路径 第12页/共67页（2）应力诱导微裂纹区增韧当0、dm m时残余应力场引起的时残余应力场引起的裂纹偏转裂纹偏转 第17页/共67页图图5-6 SiC5-6 SiCp p/Si/Si3 3N N4 4复合材料体系中断裂能与复合材料

9、体系中断裂能与SiCSiCp p体积含体积含量的关系量的关系 第18页/共67页图图5-7 SiC5-7 SiCp p/Si/Si3 3N N4 4复合材料体系中断裂韧性与复合材料体系中断裂韧性与SiCSiCp p体积体积含量的关系含量的关系 第19页/共67页（4）颗粒的裂纹桥联增韧裂纹桥联发生在裂纹尖端后方，由某些结构单元（如纤维、晶粒等）连接裂纹的两个表面，并提供一个使裂纹面相互靠近的闭合力，使断裂韧性（临界应力强度因子）增大。脆性颗粒：当裂纹遇上桥联剂时，桥联剂可能穿晶破坏，也可能出现互锁现象（即裂纹绕过桥联剂沿晶界扩展），其他颗粒形成裂纹链。延性颗粒：颗粒在应力作用下可能发生塑性变形

10、并形成裂纹桥联，使裂纹“钝化”。当基体与延性颗粒的热膨胀系数相等时，利用延性裂纹桥可达到最佳增韧效果。第20页/共67页图图5-8 5-8 脆性颗粒裂纹桥联模型脆性颗粒裂纹桥联模型 第21页/共67页图图5-9 5-9 塑性颗粒裂纹桥联模型塑性颗粒裂纹桥联模型 第22页/共67页2相变增韧 相变增韧：在应力场存在下，由分散相的相变产生应力场，抵消外加应力，阻止裂纹扩展达到增强、增韧的目的。（1）ZrO2相变：冷却时，ZrO2由四方转变成为单斜（马氏体相变），产生14%的晶格切变和35%的体积膨胀。（2）部分稳定ZrO2（PSZ）：为防止相变引起的开裂，通常在纯ZrO2中加入少量（一般4%）与它

11、结构相似(立方晶型)和阳离子半径与Zr4+相近(半径差)的氧化物(CaO、MgO、Y2O3、CeO2等)作稳定剂。在高温烧结时，它们将与ZrO2形成立方固溶体，冷却后仍能保持稳定的立方型/四方型固溶体，消除了单斜相与四方相的转变，没有体积效应，可避免ZrO2陶瓷开裂。第23页/共67页（3）ZrO2相变增韧：ZrO2晶粒镶嵌在其它陶瓷基质中，由于其它陶瓷基质对ZrO2晶粒的弹性束缚作用，四方ZrO2可以保留至室温。如果受束缚的ZrO2晶粒周围有微裂纹或由于外力作用使束缚力解除，ZrO2晶粒会发生晶型转变（体积膨胀），吸收或释放了主裂纹的部分能量，减少了主裂纹的应力集中，可提高韧性一倍。一般要求

12、基质弹性模量较大，ZrO2含量一般15%。（4）ZrO2微裂纹增韧：部分稳定ZrO2颗粒在烧结冷却过程中，存在较粗四方相向单斜相的转变，引起体积膨胀，在基体中产生弥散分布的裂纹，或者主裂纹扩展过程中在其尖端过程区内形成的应力诱发相变导致的微裂纹。这些尺寸很小的微裂纹在主裂纹尖端扩展过程中会导致主裂纹分叉或改变方向，使主裂纹扩展阻力增大，从而抑制了主裂纹的快速扩展，提高了材料的韧性。ZrO2颗粒尺寸越小，颗粒分布宽度越小，微裂纹增韧效果越好；适当的ZrO2颗粒体积分数和均匀弥散程度，提高微裂纹增韧效果；ZrO2颗粒与基体热膨胀系数要匹配。第24页/共67页5.2.2 制备方法1冷压和烧结法成型：

13、压制法、浇注法、流延法、挤压法等。烧结法：常压烧结。特点：工艺简单，成本低，但制品质量不高，存在裂纹、缺陷、应力等，界面反应不易控制，致密度也不高。2热压烧结法热压烧结法：在热压炉中热压烧结。特点：烧结温度较低，制品致密度高，增强体与基体结合好，能有效抑制界面反应，但制品形状简单，纤维择优取向，性能各向异性，设备投资大，较常使用。第25页/共67页3热等静压烧结法热等静压烧结法：将增强体分散，并与陶瓷粉混合，用玻璃、金属包封、抽真空后，在热等静压炉中边加热、边烧结。特点：产品质量高，但工艺复杂，设备投资大，生产成本高。4固相反应烧结法固相反应烧结法：反应物件通过固相化学反应直接得到复合材料烧结

14、体，需要控制好气氛。如用ZrSiO4和Al2O3在1400进行固相反应烧结，得到ZrO2增韧莫来石陶瓷复合材料。特点：能在较低温度下得到陶瓷基复合材料，但一般气孔率较高。第26页/共67页5.2.3 颗粒增韧陶瓷基复合材料的应用1SiC颗粒增韧TZP陶瓷在Y-TZP中加入SiC弥散颗粒或晶须，通过微裂纹增韧进一步提高强度和韧性（图5-17）。2ZrO2颗粒增韧Al2O3和莫来石陶瓷Al2O3陶瓷中加入少量（5%）ZrO2颗粒(ZTA)，通过相变增韧和裂纹增韧，提高抗弯强度（图5-18）。莫来石陶瓷加入部分（30%）Y-TZP颗粒(ZTM)，通过相变增韧和裂纹增韧，显著提高抗弯强度的断裂韧性（图

15、5-19）。颗粒增韧陶瓷目前主要用于切削加工工具（车刀、钻头、拔丝模具等），热机部件（缸盖底板、活塞顶、活塞环等），火箭、飞机及汽车发动机部件（喷管、叶片、气体偏转管、涡轮增压器等）等。第27页/共67页图图5-17 5-17 颗粒和晶须补强效果比较颗粒和晶须补强效果比较 第28页/共67页图图5-18 5-18 热压热压ZTAZTA的抗弯强度与的抗弯强度与ZrOZrO2 2含量的关系含量的关系 第29页/共67页图图5-19 5-19 热压热压ZTMZTM的抗弯强度和断裂韧性与的抗弯强度和断裂韧性与ZrOZrO2 2含量的关含量的关系系 第30页/共67页5.3 晶须增韧陶瓷晶须增韧陶瓷5.

16、3.1 晶须增韧机制复合材料的断裂过程分三个阶段：基体出现裂纹、晶须与基体发生界面解离（即“脱粘”）、纤维（或晶须）的断裂或拔出。1晶须桥联裂纹尖端处的纤维在裂纹两边架起小桥，使两边连在一起，产生使基体闭合的力，使裂纹表面产生一个压应力，可以抵消外加张应力的作用，使裂纹难以扩展，起到增韧作用。晶须桥联对增韧的贡献：式中：wf是晶须断裂强度，r是晶须半径，Ec、Ew分别是复合材料和晶须的弹性模量，m、i分别是基体和界面的断裂能，Vw是晶须体积分数，是泊松比。第31页/共67页2晶须拔出因为晶须的强度很高，通常界面断裂能低于晶须断裂能，不易断裂。当剪切应力大于界面结合强度，低于晶须断裂强度时，晶须

17、拔出。前提是脱粘，其次是断裂。当界面剪切强度较低时，对应于所有垂直于裂纹面的晶须拔出对韧化的贡献为：式中：i是界面滑移阻力。3裂纹偏转处于扩展裂纹尖端应力场中的增强体会导致裂纹发生弯曲和偏转，裂纹扩展路径增加，裂纹扩展所消耗的能量增大，起阻碍裂纹扩展的作用。第32页/共67页图图5-20 5-20 晶须的增韧机制晶须的增韧机制 第33页/共67页5.3.2 影响晶须增韧的因素1晶须直径。晶须长度和含量一定的情况下，在一定范围内，晶须直径越大，作用在晶须上晶界剪切力与拉伸力的比值越大，晶须越容易脱粘、拔出，因而韧性越好。2晶须强度。晶须强度越高，晶须桥联和拔出对韧化的贡献越大。3晶须表面化学特性

18、。晶须表面化学特性影响基体与晶须的结合特性和界面性能。如SiCw/Al2O3体系，SiCw表面氧含量高，结合过强，增韧效果差。4体系组成。体系组成影响界面性能和界面残余应力及滑移阻力。5基体弹性模量。基体弹性模量高可以提高韧化效果（图5-21）。6晶须表面涂层。表面涂层影响界面结合强度和韧化效果。7晶须分散性。晶须分散不均匀会影响制品质量和增韧效果。第34页/共67页图图5-21 5-21 基体弹性模量对晶须韧化陶瓷断裂韧性的影响基体弹性模量对晶须韧化陶瓷断裂韧性的影响 第35页/共67页5.3.3 晶须增韧陶瓷基复合材料的制备技术5.3.3.1 晶须分散1酸洗处理。方法：在酸溶液中超声分散、

19、球磨分散、高速搅拌剪切分散，再用清冲洗干净。注意：能够充分分散，又不伤害晶须。2过筛与分选除去团聚体，控制晶须尺寸范围。SiCw/Si3N4体系，过筛前、后的室温强度分别为560MPa和633MPa。5.3.3.2 晶须增韧陶瓷基复合材料的成型成型方法包括：半干法成型、注浆成型、流延成型、注射成型、挤出成型、轧膜成型。5.3.3.3 烧结致密化工艺1无压烧结。经济实用，但晶须含量和复合材料致密化程度较低。2压力辅助烧结。热压烧结、热等静压烧结。致密化程度高，但设备复杂，投资较大，成本较高。第36页/共67页5.3.4 晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与应用 5.3.4.1 SiCw/Al2O3 陶

20、瓷的性能N2保护气氛，16001800，20MPa压力热压烧结。SiCw/Al2O3陶瓷的弯曲强度和断裂韧性提高。但高于40%以后，由于晶须“架桥效应”，致密度降低，反而会下降（图5-23）。SiCw/Al2O3陶瓷的硬度（图5-24）和高温强度（图5-25）得到提高。使用温度高、硬度大、耐磨性和韧性好，用于切削工具。5.3.4.2 SiCw/Si3N4陶瓷的性能1800，27.5MPa，1h热压烧结。用途：耐高温、耐磨损，用于燃气轮机的转子、定子，陶瓷发动机的活塞顶和燃烧器，柴油机的火花塞、活塞罩、气缸套；抗热震性好、耐腐蚀，用于热电偶套管、铸模、坩埚、烧舟等；耐腐蚀、耐磨损、导热好，用于球

21、阀、密封环、过滤器、热部件等。第37页/共67页表表5-5 5-5 晶须增韧陶瓷与基体材料常温晶须增韧陶瓷与基体材料常温性能对比性能对比材料体系弯曲强度/MPa断裂韧性/MPam1/2Al2O3300400205420%SiCw-Al2O36508007.59.0Si3N450080045.530%SiCw-Si3N47009506.57.5莫来石2002.220%SiCw-莫来石4204.7玻璃771.020%SiCw-玻璃1251903.85.5尖晶石32030%SiCw-尖晶石415堇青石1802.220%SiCw-堇青石2603.7第38页/共67页图图5-23 SiC5-23 SiC

22、晶须含量对晶须含量对SiCSiCw w/Al/Al2 2O O3 3复合材料力学性能的复合材料力学性能的影响影响第39页/共67页图图5-24 5-24 晶须含量对晶须含量对SiCSiCw w/Al/Al2 2O O3 3复合材料硬度的影响复合材料硬度的影响 第40页/共67页图图5-25 SiC5-25 SiCw w/Al/Al2 2O O3 3复合材料强度随温度的变化复合材料强度随温度的变化 第41页/共67页表表5-7 SiC5-7 SiCw w/Si/Si3 3N N4 4复合材料的配比与性复合材料的配比与性能能编号Si3N4Y2O3Al2O3La2O3SiCw体积密度/gcm-3RT

23、弯曲强度/MPa1350弯曲强度/MPa断裂韧性/MPam1/217253203.26750.22008.05274.532.5203.28869.5464.28.773725320（酸洗）3.28805.1271.49.454601010203.43598.1488.55.5256488203.48720.5612.16.60660101020（酸洗）3.54804.3662.610.47第42页/共67页5.4 5.4 纤维增韧陶瓷基复合材料纤维增韧陶瓷基复合材料 纤维增韧效果和可设计性好，但是复合难度大、工艺过程复杂。常用纤维：碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、5.4.1 纤维增韧陶瓷基复

24、合材料力学行为与增韧机制纤维增韧可以显著提高陶瓷材料的拉伸强度和断裂韧性（图5-30），由脆性断裂转变为非脆性断裂。纤维增韧机制：纤维脱粘，纤维桥联，纤维拔出（图5-31）纤维脱粘：是纤维桥联和拔出的前提条件，要求界面结合强度适中。纤维拔出：是主要增韧机制，纤维拔出摩擦耗能，使复合材料的断裂功增大。摩擦耗能取决于纤维拔出长度和脱粘面的滑移阻力。第43页/共67页图图5-30 5-30 纤维增韧陶瓷基复合材料的应力纤维增韧陶瓷基复合材料的应力-应变曲线应变曲线第44页/共67页图图5-31 5-31 纤维增韧陶瓷基复合材料的增韧机制纤维增韧陶瓷基复合材料的增韧机制 第45页/共67页5.4.2

25、纤维增韧陶瓷基复合材料制备技术5.4.2.1 热压烧结法增强纤维或毡在陶瓷料浆中浸渍、烘干、切割、层叠，最后热压烧结（图5-32）。特点：传统方法，适应性广，但对于难熔化合物难以奏效，高温高压会损伤纤维。5.4.2.2 先驱体转化法 又称先驱体浸渗裂解工艺（PIP），先合成先驱体聚合物，接着将纤维预制体浸渍，然后在一定温度下热解转化为无机陶瓷，一般需要多次浸渍/热解（图5-33）。特点：有机先驱体聚合物具有可设计性；可实现增强纤维与基体的理想复合；良好的工艺性；烧结温度低。但是成本高，过程复杂。如用聚碳硅烷浸渍制备Cf/SiC陶瓷基复合材料。聚二甲基硅烷热解生成碳化硅：-SiH(CH3)CH2

26、Si(CH3)2-SiC+CO2+H2O第46页/共67页图图5-32 5-32 热压烧结法制备纤维增韧陶瓷基复合材料工艺热压烧结法制备纤维增韧陶瓷基复合材料工艺过程过程 第47页/共67页图图5-33 PIP5-33 PIP法制备纤维增韧陶瓷基复合材料工艺过程法制备纤维增韧陶瓷基复合材料工艺过程 第48页/共67页5.4.2.3 反应熔融渗透法（RMI）制备Cf/SiC陶瓷基复合材料，先对碳纤维预制体浸渗沥青，热处理得到C/C多孔复合材料，再渗熔融硅，使之与C反应生成SiC基体（图5-34）。缺点：硅与C纤维反应损伤纤维，残留Si。5.4.2.4 化学气相渗透法（CVI）在CVD基础上发展而

27、来。流经多孔增强纤维预制体的反应气体在一定条件下发生化学反应，并在多孔体的孔壁产生沉积，使多孔体不断致密化（图5-36）。特点：适应性广，制备温度低，对纤维损伤小，近终形成型。但是多孔性，制备周期长。如制备SiCf/SiC、Cf/C、Cf/莫来石陶瓷基复合材料等。第49页/共67页图图3-34 3-34 反应熔融渗透法制备反应熔融渗透法制备SiC SiC 基复合材料工艺过程基复合材料工艺过程第50页/共67页图图5-36 CVI5-36 CVI技术制备纤维增韧陶瓷基复合材料工艺过技术制备纤维增韧陶瓷基复合材料工艺过程程 第51页/共67页5.4.2.5 溶胶-凝胶法（Sol-gel）将纤维预制

28、体置于氧化物陶瓷有机先驱体的溶液中，经过水解、缩聚成凝胶，再经干燥、高温热处理成为氧化物CMC（图5-37）。特点：烧结温度低，对纤维损伤小，容易浸渗和赋型。但是致密周期长，热处理时收缩大，气孔率高，强度低。5.4.2.6 电泳沉积法利用直流电场，使带电基体颗粒发生迁移，沉积到增强纤维预制体上，再经过干燥、热压或无压烧结（图5-39）。特点：设备简单，操作方便，易于控制，制备周期短，适应范围广。但不能用水作分散介质，有机分散介质对环境有污染。5.4.2.7 组合方法CVI+RMI，CVI+PIP，CVI+热压等。第52页/共67页图图5-37 Sol-gel 5-37 Sol-gel 法制备陶

29、瓷基复合材料工艺过程法制备陶瓷基复合材料工艺过程 第53页/共67页5-39 5-39 电泳沉积电泳沉积/烧结法制备陶瓷基复合材料工艺过程烧结法制备陶瓷基复合材料工艺过程 第54页/共67页5.4.3 纤维增韧陶瓷基复合材料界面和界面控制5.4.3.1 纤维增韧陶瓷基复合材料的断裂模式与界面结合强度1脆性断裂（界面结合较强）。2非脆性断裂（界面结合较弱或适中）。3混合断裂（界面结合有强有弱）。5.4.3.2 界面相的主要功能1“脱粘层”作用。界面发生解离，使裂纹偏转，从而调节界面应力，阻止裂纹直接越过纤维扩展。2传递载荷。将外应力由基体传递给纤维。3“缓解层”作用。缓解两相残余热应力。4“阻挡

30、层”作用。阻止元素扩散和发生有害化学反应，保护纤维免受周围环境侵害。第55页/共67页图图5-41 5-41 纤维增韧陶瓷基复合材料界面结合强度与断裂纤维增韧陶瓷基复合材料界面结合强度与断裂模式模式第56页/共67页5.4.3.3 对纤维增韧陶瓷基复合材料界面相的要求1界面相与纤维和基体之间具有化学和物理相容性。2高温稳定性。在高温下不会出现组织和结构变化而引起界面相失效，影响整个材料性能。3界面要与纤维和基体的润湿。4界面相结合强度（或断裂能）要足够低。5界面相要有一定厚度。Nicalon/SiC复合材料，当热解碳涂层厚度为0.13时，弯曲强度和断裂功最大（图5-44）。5.4.3.4 界面

31、相的种类5.4.4 碳纤维SiC基复合材料增强纤维：碳纤维，SiC纤维。基体：SiC、Si3N4。制备方法：CVI，PIP，RMI。碳纤维/SiC机械性能和抗氧化性好（表5-8），用于航天航空发动机高温部件、飞机及高档汽车的刹车片等。用途：火箭的大型无冷却喷嘴、航空发动机高温部件、柴油发动机高温部件等。第57页/共67页图图5-44 5-44 热解碳界面相厚度对热解碳界面相厚度对Nicalon/SiCNicalon/SiC复合材料弯曲强度的影响复合材料弯曲强度的影响 第58页/共67页表表5-8 C5-8 Cf f/SiC/SiC复合材料的性能复合材料的性能性能化学气相浸渗法液相浸渗法PIPR

32、MI等温CVI梯度CVICf/SiCCf/SiCCf/C-SiC拉伸强度/MPa35030032025024027080190断裂应变/%0.90.60.90.50.81.10.150.35杨氏模量/GPa90100901006560805070耐压强度/MPa580700450550590430450210320弯曲强度/MPa500700450500500330370160300层间剪切强度/MPa35454810352833气孔率/%10101510152025纤维体积分数/%4542474642475565体积密度/gcm-32.12.12.21.81.71.81.92.0线膨胀系数/

33、106K-1331.0632.5554.0642.57导热系数/W(mK)-114.320.61411.312.617.022.65.96.575.35.57.510.3比热容/J(kgK)-1620140090016006901550第59页/共67页5.4.5 纤维增韧氧化物基复合材料基体：氧化铝，莫来石。增强纤维：氧化铝系纤维，SiC纤维。氧化铝系纤维增韧氧化铝陶瓷，氧化铝系纤维SiC/BN双涂层，厚度分别为24和0.20.5。第60页/共67页表表5-10 2D-Nicalon/SiC/BN/Al5-10 2D-Nicalon/SiC/BN/Al2 2O O3 3复复合材料性能合材料性

34、能密度/gcm-3杨氏模量/GPa线膨胀系数/106K-1拉伸强度/MPa断裂韧性/MPam1/2弯曲强度/MPa室温1200130014002.81605.526028461488400340第61页/共67页表表5-11 2D-Nicalon/SiC/BN/Al5-11 2D-Nicalon/SiC/BN/Al2 2O O3 3复复合材料热震实验结果合材料热震实验结果热震温度/热循环次数弯曲强度/MPa强度保留率/%室温0385100013579310005328851200132284第62页/共67页5.4.6 纤维增韧微晶玻璃基复合材料基体：玻璃，微晶玻璃（表5-13）。增强纤维：碳

35、纤维，氧化铝系纤维，SiC纤维。制备方法：泥浆浇注，常压烧结。第63页/共67页表表5-13 5-13 可用于纤维增韧玻璃和微晶玻可用于纤维增韧玻璃和微晶玻璃基体璃基体基体类型主要组成次要成分主晶相使用温度/玻璃7740硼硅酸盐玻璃B2O3、SiO2Na2O、Al2O36001723铝硅酸盐玻璃Al2O3、SiO2、MgO、CaOB2O3、BaO7007930高硅玻璃SiO2B2O31150微晶玻璃锂辉石-(LAS-)Li2O、Al2O3、SiO2、MgOZnO、ZrO2、BaO锂辉石1000锂辉石-(LAS-)Li2O、Al2O3、SiO2、MgO、Nb2O5ZnO、ZrO2、BaO锂辉石1

36、100锂辉石-(LAS-)Li2O、Al2O3、SiO2、MgO、Nb2O5ZrO2锂辉石1200堇青石（MAS）MgO、Al2O3、SiO2BaO堇青石1200钡堇青石（BMAS）BaO、Al2O3、SiO2、MgO钡堇青石1250莫来石Al2O3、SiO2莫来石约1500钡长石BaO、Al2O3、SiO2钡长石约1600第64页/共67页表表5-14 5-14 单向单向Nicalon/LASNicalon/LAS复合材料体复合材料体系的拉伸强度系的拉伸强度基体基体处理条件纤维体积分数/%拉伸强度/MPaLAS-陶瓷化46455LAS-未陶瓷化46758陶瓷化46664LAS-未陶瓷化44670陶瓷化44680第65页/共67页思考题思考题1、ZrO2颗粒为什么可以增韧陶瓷？2、晶须增韧陶瓷的机制主要有哪几种？3、纤维增韧陶瓷的机制主要有哪几种第66页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页