陶瓷增韧方面的文献,是对增韧技术发展现状的分析和展望!值得我们互相参考!~

综述与评述

文章编号：10—62( 0)1—060 0194 2 7 100—4 0

陶瓷增韧技术的研究进展 黄康明，李伟信，饶平根，陈大博，吴建青 (华 4￣ x大学， 1 sZ. - 广州 5 6 0 1 4; 0

2江西景德镇陶瓷工业园区， 【要】摘：介绍了颗粒增韧、纤维和晶须增韧、相变增韧、复合增韧、自增韧、纳米增韧等陶瓷增韧技术的研究现状以及相应的增韧机理，探讨了今后陶瓷增韧技术的 发展方向。

景德镇 5 50 ) 500

颗粒增韧陶瓷材料的增韧机理及这些增韧机理的适用范围，从第二相颗粒的粒径入着手，计算分析了各种增韧机理的影响因素。结果显示，适当增加第二相颗粒的体 积含量和粒径可以提高应力诱导微裂纹开裂的增韧效果，

【关键词】:陶瓷增韧，综述

但如过量容易导致微裂纹的连通，对材料的强度不利； S N/ i i sc复合体系中， 当颗粒粒径小于一个临界尺寸时， 粒径越大，产生的应力场增韧效果越明显；当发生裂纹桥联时，桥联增韧值与桥联剂粒径的平方根成正比；当 增韧颗粒为延性颗粒时，当基体和颗粒的弹性模量 E和热膨胀系数相等时，可以达到最佳的增韧效果，而 E,相差足够大时，裂纹将绕过延性颗粒扩展，则难以发挥延性颗粒的延性性能，增韧效果较差。

引言 陶瓷材料的致命缺点是脆性，低可靠性和低重复性， 这些不足严重影响了陶瓷材料的应用范围。只有改善陶瓷

的断裂韧性，实现材料强韧化，提高其可靠性和使用寿命， 才能使陶瓷材料真正地成为一种广泛应用的新型材料，因 此，陶瓷增韧技术一直是陶瓷研究的热点。

1陶瓷增韧技术的研究现状 目前，为克服结构陶瓷的固有脆性，已有很多增韧 方法，如颗粒增韧、纤维 (须 )补强增韧、相变增韧、晶

12纤维、晶须增韧[1 . 63 -] 陶瓷纤维和晶须的强度高缺陷少，是一种非常理想

的陶瓷增韧增强体。晶须作为增韧剂已被广泛地应用于 制备各种性能优越的新型复合材料，目前常用的有 SC i, S 1 i,A N,BC和 A1 须等[黄政仁等用 N ,晶 O 7】。

复合增韧、自增韧和纳米增韧等，下面将分别作简要介绍。

11 .颗粒增韧[5 11 - 颗粒增韧是陶瓷增韧中最简

单的一种方法，能在一

3v 1 0 o%p- i SC晶须增强莫来石，在 S S烧结条件下材料 P强度为 5 0 a 7 MP,比热压烧结高 1%左右， 0断裂韧性为 4 . 5 a MP m,比纯莫来石提高 10以上。Wa g等用 0% n[州

定程度上提高基体的抗弯强度和断裂韧性。从增韧机理上分，颗粒增韧分为非相变第二相颗粒增韧、延性颗粒增韧和纳米颗粒增韧[】】。非相变第二相颗粒增韧主要是通过添 加颗粒使基体和颗粒间产生弹性模量和热膨胀系数的失配来达到增韧和强化目的，此外，基体和第二相颗粒的界 面在很大程度上决定了增韧机制和强化效果，目前使用

SC晶须增强氮化硅基复合材料的抗折强度和断裂韧性分 i别为 13 MP 0 8 a和 1 .MP m/。 0 7 a 陶瓷的晶须和纤维增韧机理有[:裂纹弯曲、裂】 0】纹偏转、纤维脱粘、纤维拔出和纤维桥联等。但是，晶须增韧复合材料也存在不少问题：如晶须成本过高且性

较多的是碳化物和氮化物等颗粒。延性颗粒增韧是在脆性陶瓷基体中加入第二相延性颗粒来提高陶瓷材料的韧性，一般采用金属颗粒作为增韧颗粒，在裂纹扩展过程中， 一

能分散性大，分散晶须工艺复杂，晶须有致癌作用等等。 晶须增韧陶瓷复合材料主要有 2种方法[:外加晶须法 1 1 1 和原位生长晶须法。外加晶须法是把一定量的晶须加入

方面金属颗粒的塑性变形吸收了裂纹扩展的能量，消除

了裂纹尖端的应力集中，另一方面，金属颗粒的变形阻止主裂纹的扩展或改变裂纹的扩展方向，从而达到增韧陶

到氧化物、碳化物、氮化物等基体中获得复合材料的一 种办法，这种办法比较常见；原位生长晶须法是一种晶

瓷的目的。然而，由于金属的高温性能低于陶瓷基体材料， 延性颗粒增强的陶瓷基复合材料的高温力学性能不好，但可以显著改善中低温的韧性。第二相增韧颗粒从微米级减小到亚微米或纳米时，材料的性能会发生显著提高。当 纳米颗粒存在于基体晶粒内部时称为晶内型结构，纳米颗粒存在于晶界时称为晶间型结构。 颗粒增韧机理主要有热应力诱导微裂纹增韧、切应力阻碍微裂纹扩展 (扎微裂纹 )钉增韧、微裂纹偏转与分支、弱化应力集中增韧等。张国军[等评述和分析了 5 1 收稿日：2 0-9 期 0 7 -6

须合

成法，是利用陶瓷基粉体和外加添加助剂发生反应， 在原位生成晶须，达到增韧的目的。

能用于纤维增强陶瓷基复合材料[的纤维种类较】 z 多，包括氧化铝系列纤维、碳化硅系列纤维、氮化硅系列纤维、碳纤维等[。氧化铝系列纤维由于其优良的高 1 3 1温抗氧化性能，能用于超过 10￣ 40C以上的高温环境，但高温下纤维易与陶瓷基体形成强结合界面，导致增韧效

果的丧失；碳化硅和氮化硅纤维一般采用有机聚合物先驱体转化法制备，这类纤维的共同特点是纤维中不同程度地含有氧和游离碳杂质，从而影响纤维的高温性能；

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