先進陶瓷復合材料概念及分類

        陶瓷材料的強度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，高溫下抗磨損好，耐化學腐蝕性優良，熱脹系數與密度小，這些優異的材料性能是一般常用金屬材料、高分子材料及其它復合材料所不具備的，因此越來越受到人們的重視，并相繼開展了陶瓷汽車發動機、柴油機和航空發動機等大規模高溫陶瓷熱機研究計劃。但是，由于陶瓷材料本身的致命弱點——脆性，作結構陶瓷材料使用時就缺乏足夠的可靠性，因而改善陶瓷材料的脆性已成為陶瓷材料領域亟待解決的問題之一。


 

        由于陶瓷固有的脆性限制了它的廣泛應用，因此，研究陶瓷強韌化問題是陶瓷材料研究的一個重要課題。其中的一個方法是在陶瓷基體材料中加入起增強、增韌作用的第二相從而制成復合材料。由于普通陶瓷材料從廣義上講本身就是復合材料，所以這里所講的陶瓷基復合材料專指為獲得單項陶瓷材料所不具備的性能的人工制造的兩相材料（基體相和增強相），例如加入增強相使陶瓷基體材料強韌化等。制備陶瓷基復合材料的主要目的是提高陶瓷的韌性，陶瓷復合材料強韌化的途徑有顆粒彌散、纖維（晶須）補強增韌、層狀復合增韌、與金屬復合增韌及相變增韌等。采用這些方法進行增韌，陶瓷的韌性獲得了很大昀提高。不同金屬、陶瓷基體和陶瓷基復合材料的斷裂韌性比較。    

 

        陶瓷復合材料的分類方法很多。例如，按材料的用途可分為結構陶瓷復合材料和功能陶瓷復合材料，前者用于制造各種承力構件，后者則用于各種特殊性能（如聲、光、電、磁、熱等）。根據基體材料的種類可分為氧化物基復合材料（如氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化硅復合材料等）和非氧化物基復合材料（如碳化硅基、氮化硅基等）。此外，微晶玻璃基復合材料如鋁鋰硅酸鹽微晶玻璃(I。i2 ()-A12()。 -Si()2)、鎂鋁硅酸鹽微晶玻璃( Mg()-A12 ()3 -Si02)等，碳／碳復合材料、水泥基復合材料等也屬于按基體材料的不同進行分類的。
 

        根據增強體的形態對陶瓷基復合材料進行分類是重要的一種分類方法。按這種方法，可將陶瓷基復合材料分為顆粒增強陶瓷復合材料、纖維（晶須）增強陶瓷復合材料、片材增強陶瓷復合材料等。其中，根據增強相相對于基體材料的彈性模量，顆粒增強陶瓷復合材料又可分為延性顆粒復合于強基質中陶瓷復合材料和剛性粒子復合于基質中陶瓷復合材料。前者利用塑性變形或沿晶界滑移來緩解應力集中，如Ti\／Ni等，可使韌性顯著提高，但強度變化不大，其高溫性能下降。后者利用彈性模量和熱物理參數的不同，形成殘余應力，這種應力場與裂紋尖端相互作用（裂紋偏轉、繞道、分岔、釘扎等），產生增韌作用。當增強顆粒尺寸很小的時候（納米級及幾微米），就形成了彌散強化。短纖維或晶須增強可以明顯改善陶瓷體的韌性，但強度提高不夠顯著，模量與基體幾乎相當；當加入性能優異的長纖維的時候，除韌性顯著提高外，強度和模量都有不同程度的增加。片材增強屬于層狀復合材料，有以石墨作為碳化硅的夾層材料和以氮化硼作為氮化硅的夾層材料。