陶瓷基复合材料综述

陶瓷基复合材料概述

陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。

陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。

陶瓷基复合材料的增韧机理

陶瓷基复合材料的增韧机理很多，总体可分为5个方面：

(1)微裂纹增韧：残余应变场与裂纹在分散相周围发生反应，从而使主裂纹尖端产生微裂纹分支。

(2)相变增韧：由分散相的相变产生应力场来阻止裂纹的扩展。

(3)裂纹扩展受阻：裂纹尖端的韧性分散相发生塑性变形使裂纹进一步扩展受阻或裂尖钝化。

(4)裂纹偏转：由于分散相和基体之间的热膨胀系数和弹性模量失匹而产生应力场，从而使裂纹沿分散相发生偏转。

(5)纤维(晶须)拔出：f/m界面脱胶或纤维拔出。

以上5种增韧机理中，最有发展前途的是裂纹偏转和纤维拔出，因为它们很少受温度的限制，尤其是裂纹偏转增韧，其增韧效果仅取决于分散相的体积分数和形状，而与粒子尺寸和温度无关，这样对高温增韧无疑是十分有利的。 陶瓷基复合材料的制备工艺

1.粉末冶金法

原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂） 均匀混合（球磨超声等） 冷压成形 （热压）烧结。关键是均匀混合和烧结过程防止体积收缩而产生裂纹。

2.浆体法（湿态法）

为了克服粉末冶金法中各组元混合不均的问题，采用了浆体（湿态）法制备陶瓷基复合材料。其混合体为浆体形式。混合体中各组元保持散凝状，即在浆体中呈弥散分布。这可通过调整水溶液的pH值来实现。对浆体进行超声波震动搅拌则可进一步改善弥散性。弥散的浆体可直接浇铸成型或热（冷）压后烧结成型。适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料