陶瓷增韧机制分析

维普资讯 www.wendangwang.com

弥散 SC颗粒增韧 Al基陶瓷的增韧机制分析 i 2 o3 张存满徐政 209 ) 002

许业文 (解放军总装备部科研一所，无锡 24 3 ) 1 5 0

(同济太学材料科学与工程学院，上海

摘

要

通过对 s l吗陶瓷材料内部残余应力的分析， 0从根据 G￣h i f t徽裂纹理论，从多个角度残余切应力微裂纹增韧

分析了球散 c颗粒对 A O材料的增韧机制： b3

美键词

到 47 P 。但提高机械性能的机制还不是 M am

l前言 陶瓷材料的脆性问题一直是制约陶瓷材料发 展的一个瓶颈。为了使陶瓷材料得到更为广泛的应用.材料学家们研究了许多种增韧途径，晶须如增韧、相变增韧、散增韧及预应力增韧等。各弥种途径都有自身的特点。由于弥散增韧本身具有工艺简单、本低廉、作性好等优点，些年来成操近得到许多学者的青睐，由于纳米技术的兴起，其尤

很清楚，大部分的研究工作者认为这与材料内部的残余应力有关。现就 S .1 3料内的残余 i A2材 C o应力作一简单分析。 由于 A 0和 SC的热膨胀系数、 b i泊松比和弹 性模量分别为 q=8 4 .3x1。啦=4 4 。, .5x 1,松比 u:0 2,2=0 1,性模量 0℃~泊 _ .3 u .7弹 E= 0G aE=40 P,此 SCA23材料在 1 42 P,) 5G a因 i.I 0冷却过程中会产生残余应力。Sln算得出的 ei s g计残余压应力为： P —

是弥散陶瓷颗粒增韧陶瓷基体的研究更为活跃。 目前，颗粒弥散增韧，的研究主要从 2个方面 2J 3 人手：一个是利用弥散颗粒和基质材料膨胀系数及弹性模量的匹配在材料内部形成残余应力，使之达到增韧的目的；一个是通过自身颗粒尺寸另效应来提高自身的韧性，之达到增韧的目的。使 本文就颗粒弥散增韧的前一种增韧机制进行较为系统的分析。

△n‘ △T l+ 1- 2—u ￣ l

式中 .是基质和颗粒之间热膨胀系数的差值， u 和 E分别是泊松比和弹性模量， T是温差 .△下标 1 2分别表示基体和增强颗粒。和 残余应力计算表达式： 一

)

( 2 ) ( 3 )

2 SCA2 3料内部残余应力

分 i— 1材 0

詈耋

析【 :~ 自 Ni r道通过添加少量纳米尺寸颗粒 ia h a报到陶瓷基体材料中会大大提高材料的机械性能以

式中和分别是一个球形颗粒边界处基体所

受的径向应力和切向应力；钔 d为弥散颗粒的中位

粒径；为离开球形弥散 S r i C颗粒中心的距离； n为弥散颗粒数；为残余压应力。 P 根据上述公式可知 .一个弥散 S i粒 O周 C颗 围的切应力分布如图 1示。所

来.纳米复合材料已成为一个热门的研究领域 据报道，添加 5体积分数 )径为 0 3的 SC%(粒 .t ml i

颗粒的 S . L i A,复合材料， C O抗弯强度从 30 P 5M a 提高到 1 P,断裂韧性也从 3 5 a m提高 G a而 .MP - 作者简介：俘满 (93一j张 L7 . l 1.研究尢机功能材料尊 1坚

其中 r为离开弥散颗粒球心的距离为切 向应力。

4 7