先進(jìn)陶瓷復合材料概念及分類(lèi)

        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(xué)腐蝕性?xún)?yōu)良，熱脹系數與密度小，這些優(yōu)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(lái)越受到人們的重視，并相繼開(kāi)展了陶瓷汽車(chē)發(fā)動(dòng)機、柴油機和航空發(fā)動(dòng)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(diǎn)——脆性，作結構陶瓷材料使用時(shí)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(lǐng)域亟待解決的問(wèn)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(wèn)題是陶瓷材料研究的一個(gè)重要課題。其中的一個(gè)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(zhuān)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(jìn)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(lèi)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(lèi)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(jìn)行分類(lèi)的。
 

        根據增強體的形態(tài)對陶瓷基復合材料進(jìn)行分類(lèi)是重要的一種分類(lèi)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(zhì)中陶瓷復合材料和剛性粒子復合于基質(zhì)中陶瓷復合材料。前者利用塑性變形或沿晶界滑移來(lái)緩解應力集中，如Ti\／Ni等，可使韌性顯著(zhù)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(chǎng)與裂紋尖端相互作用（裂紋偏轉、繞道、分岔、釘扎等），產(chǎn)生增韌作用。當增強顆粒尺寸很小的時(shí)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(zhù)，模量與基體幾乎相當；當加入性能優(yōu)異的長(cháng)纖維的時(shí)候，除韌性顯著(zhù)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。