第24卷第7期

1996年7月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.24No.7July1996

晶须增韧陶瓷基复合材料强韧化机制的评述

林广涌　吴柏源　雷廷权*　周　玉*

(华南理工大学材料科学研究所)

摘　要　　综述了晶须增韧陶瓷基复合材料的强韧化机制。近年来报道中常见的晶须的强化机制

是载荷转移和基体预应力,韧化机制有裂纹偏转,晶须桥接和拔出,这些机制均决定于晶须/基体

界面的性质。最后指出这一研究领域存在的问题。

关键词　晶须;陶瓷基复合材料;强韧化机制

中图资料分类号　TQ174.758.22

陶瓷材料的脆性是一个致命的弱点,使其不能承受激烈的机械冲击和热冲击,机械加工也十分困难,因而大大限制了应用范围。因此,减少脆性一直是陶瓷材料研究领域里最受关注的课题。近十年来,晶须增韧陶瓷基复合材料的迅速发展,为人们开辟了一条改善陶瓷材料脆性非常有效的途径。明显的韧化效果以及这类复合材料具有的良好高温力学性能使其成为高技术陶瓷研究开发的一个前沿领域。晶须增韧陶瓷基复合材料强韧化机制的研究受到了国内外学者的高度重视,其成果为高韧性陶瓷基复合材料的设计提供了重要的理论根据。文中介绍了近年来在强韧化机制研究方面的进展,以期促进晶须增韧陶瓷基复合材料的进一步发展。1　晶须增韧陶瓷基复合材料的强韧化机制

1.1　强化机制

1.1.1　载荷转移　晶须与基体之间弹性模量的失配导致载荷转移效应。只有当Ew>Em(Ew、Em分别为晶须和基体的弹性模量)时,才能实现载荷从基体转移到晶须上,使加到复合材料上的载荷大部分由晶须来分担。为了有效地实现这种效应,最好是Ew/Em>2[1],并且还必须满足:(1)晶须均匀地分散于基体中;(2)晶须与基体的界面结合力应足够大,以保证能实现载荷转移效应;(3)基体断裂伸长率大于晶须断裂伸长率。

1.1.2　基体预应力　晶须与基体之间膨胀系数的失配在基体中可以产生压应力或拉应力。如果 w> m( w、m分别为晶须和基体的膨胀系数),则产生压应力。基体受压起到预加应力的作

用,提高了复合材料的强度。但是,如果膨胀系数差别太大,则会造成过大应力以致产生界面分离和微裂纹,反而使复合材料的强度降低。[3][2]

1.2　韧化机制

1.2.1　裂纹偏转　在基体中扩展的裂纹遇到晶须时发生偏转的原因,是在晶须周围沿晶须/基体界面存在着由于弹性模量或热膨胀系数不匹配而引起的应力场。裂纹与显微组织的相互

来稿日期:1994-12-28

哈尔滨工业大学林广涌,男,1964年生,副教授,工学博士;主要研究方向:陶瓷基复合材料。华南理工大学材料科学研究,:*