碳化矽陶瓷如何強化增韌

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碳化矽陶瓷如何強化增韌

發布日期：2018-10-09 作者：點擊：

SiC(碳化矽)陶瓷因其具有優良的高溫力學性能、高導熱率、良好的抗熱衝擊性、耐化學腐蝕、低熱膨脹係數及比重輕等性能，被廣泛用於機械、化工、能源、航空航天及高溫、高壓、腐蝕、輻射、磨損等嚴酷條件下的軍事領域。

由於其分子結構的鍵合特點，導致其塑性變形能力缺乏，表現為脆性，嚴重地影響了其作為結構材料的應用潛力。為此，陶瓷強化增韌便成了近年來陶瓷材料研究的核心問題。

一、碳化矽陶瓷的自增韌技術通過引入添加劑或晶種來誘導等軸狀晶粒異向生長成為如板狀、棒狀、長柱狀形貌的晶粒來形成自增韌陶瓷在近十幾年得到了廣泛的研究。其增韌機製是類似於晶須對材料的裂紋橋聯增韌、裂紋偏轉和晶粒拔出效應，其中橋聯增韌是主要增韌機製。其中，預加晶種的增韌方案在Si3N4陶瓷中應用較多。例如利用β-Si3N4晶粒的異向生長，以少量β-Si3N4晶種得到長柱狀的β-Si3N4晶體而起到增韌作用。

二、表麵改性技術增韌SiC陶瓷

陶瓷材料的脆性斷裂通常是在拉應力作用下，自表麵開始斷裂。如果通過人為地預加應力，在陶瓷材料表麵造成一層殘餘壓應力層，就有可能起到增韌的作用。類似這種陶瓷韌化技術被稱作為表麵改性技術增韌。主要方法包括陶瓷表麵的熱處理以及表麵塗層處理等方案。

三、纖維/晶須增韌SiC陶瓷

纖維/晶須強韌化是目前陶瓷增韌技術中效果最為顯著的一種技術，它不僅能提高材料的韌性，而且大多數情況下還能同時提高材料的強度，因而具有巨大潛在應用前景。這種技術主要是利用高強度、高模量的陶瓷纖維或晶須與陶瓷基體構成陶瓷基複合材料，靠纖維橋聯、裂紋偏轉和纖維拔出等機製，從而達到提高陶瓷韌性和強度的目的。

四、顆粒彌散相增韌碳化矽陶瓷技術

采用第二相顆粒增韌陶瓷基複合材料是根據性能要求進行材料改性甚至於材料設計的一種有效手段，它的主要設計思路是探討成分、組織與結構和性能的關係。

第二相顆粒的選擇所遵循的原則包括：第二相顆粒與基體之間的化學相容性與共存性；與基體之間的物理匹配性與強化性；與界相之間的匹配性以及第二相顆粒的尺寸和數量等。

在第二相顆粒確定之後，此種添加劑的粒徑與級配比例將是獲得良好增韌性能的決定性因素。在工業生產中，采用顆粒彌散增韌陶瓷最具有大規模推廣的可行性。其中顆粒增韌SiC複合材料，工藝簡單，價格便宜，易於大規模生產和被市場接受。