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第二相顆粒強(qiáng)韌化陶瓷基復(fù)合材料的研究與開發(fā)

信息分類：生命科學(xué)資訊　　　　作者:YIYI發(fā)布　

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第二相顆粒強(qiáng)韌化陶瓷基復(fù)合材料的研究與開發(fā)


第二相顆粒強(qiáng)韌化陶瓷基復(fù)合材料的研究與開發(fā)，為人們提
供了根據(jù)性能要求進(jìn)行材料改性甚至于進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的一種有效
手段。要想實(shí)現(xiàn)第二相顆粒增韌補(bǔ)強(qiáng)的目的，必須遵循成分一組織
與結(jié)構(gòu)一性能的主線，研究第二相顆粒強(qiáng)韌化陶瓷基復(fù)合材料的設(shè)
計(jì)原則和制備工藝。設(shè)計(jì)原則所涉及的問(wèn)題很多，但主要是一個(gè)
成分設(shè)計(jì)問(wèn)題。
針對(duì)特定的基體，第二相顆粒的選擇應(yīng)遵循如下原則：
    (1)與基體之間的化學(xué)相容性與共存性。所謂相容性主要是
指所選擇的第二相顆粒與基體之間要具備良好的潤(rùn)濕性，混合性，
比較弱的擴(kuò)散互溶和界面反應(yīng)。這樣才能保證所制備的復(fù)合材料
具有適中的相界面結(jié)合強(qiáng)度。所謂共存性主要是指所選擇的第二
相顆粒與基體必須具有相對(duì)的化學(xué)穩(wěn)定性，相互之間不能發(fā)生激
烈的化學(xué)反應(yīng)和完全溶解現(xiàn)象，這樣才能保持各自的優(yōu)勢(shì)，提高復(fù)
合材料的性能。
    (2)與基體之間的物理匹配性與強(qiáng)化性。不同相之間的物理
匹配將對(duì)復(fù)合材料的性能產(chǎn)生很大影響，其中線脹系數(shù)和彈性模
量的匹配程度影響最大。如果第二相顆粒與基體的線脹系數(shù)及彈
性模量失配或者容易造成陶瓷基體產(chǎn)生裂紋降低材料的強(qiáng)度。或
者容易造成裂紋避開增韌顆粒而僅僅在基體中擴(kuò)展，失去增韌作
用。研究表明，當(dāng)?shù)诙囝w粒與基體的彈性模量相當(dāng)時(shí)，若第二相
顆粒的線脹系數(shù)小于基體的線脹系數(shù)，裂紋有可能沿兩相界面偏
轉(zhuǎn)；也有可能穿過(guò)第二相，這取決于顆粒的表面能、粒徑、形狀、取
向及兩相界面結(jié)合狀況，即便發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因偏轉(zhuǎn)的程度較小，兩相
界面斷裂能低于基體斷裂能，增韌的幅度較小(納米級(jí)第二相顆粒
例外)。若第二相顆粒的線脹系數(shù)大于基體的線脹系數(shù)，只要第二
相顆粒粒徑小于引起自發(fā)周向微開裂的臨界粒徑，殘余熱應(yīng)力場(chǎng)
的作用將會(huì)使裂紋在基體內(nèi)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，帶來(lái)較大的增韌效果。
    (3)與界相之間的匹配性。在第二相顆粒增韌補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)
合材料中，不可避免地要產(chǎn)生晶界相，晶界相的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、
形狀、分布狀態(tài)，以及上述因素對(duì)材料性能的影響規(guī)律等界相問(wèn)題
對(duì)復(fù)合材料的研究是十分重要的。因此，第二相顆粒與預(yù)知的界
相間的關(guān)系是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。總的原則還是要保證兩者間
的化學(xué)與物理的匹配性。
    (4)第二相顆粒的尺寸與數(shù)量。第二相顆粒的尺寸與數(shù)量應(yīng)
滿足一般的級(jí)配原則，但這里也有最佳組合的問(wèn)題。金宗哲等幢5j
研究了復(fù)相陶瓷增強(qiáng)顆粒尺寸效應(yīng)，指出：復(fù)相材料中第二相顆粒
與基體顆粒尺寸、最優(yōu)粒徑比與體積比，以及顆粒分布狀態(tài)與界面
應(yīng)力狀態(tài)之間都有一定的關(guān)系。這種關(guān)系對(duì)材料的均勻性和力學(xué)
性能的作用稱為顆粒尺寸效應(yīng)。

本文由出自上海光學(xué)儀器廠，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明
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