什么是颗粒增强陶瓷基复合材料

芯芯 2024-05-17 05:55:01

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颗粒增强陶瓷基复合材料是指在陶瓷基体中引人第二相——颗粒增强相，并使其均匀弥散分布与基体复合而得到的一种强韧化的陶瓷基复合材料。陶瓷基体可以是氧化物陶瓷(如氧化铝、莫来石，刚玉石等)和非氧化物陶瓷(如各种氮化物、碳化物、硼化物等)。第二相颗粒可以是氧化物和非氧化物陶瓷颗粒或金属粉末颗粒，按共性质分为刚性(硬质)颗粒和延性颗粒。
颗粒增强陶瓷是在金属材料弥散强化技术的基础上发展起来的一种陶瓷基复合材料技术，可明显改善陶瓷基体的强度、韧性和高温性能，尽管颗粒的增韧效果不如晶须与纤维，但具有制备工艺简单、第二相分散容易，易于制备形状复杂的制品，价格低廉等优点，颗粒增强可以得到各向同性和高温强度、高温蠕变性能有所改善的陶瓷基复合材料。
颗粒弥散强化陶瓷基复合材料多采用机械混合法或化学馄合法得到均匀混合料，再经成型后递滋热压、无压烧结或热等静压烧结制成致密的复合材料。制备工艺的关键是选择合适的第二相颗粒，如何实现均匀弥散分布及烧结工艺。第二相颗粒引入的方式有直接混合法、原位生长法共沉积法，包裹法、溶胶凝胶法和气相法等。
陶瓷基体与第二相颗粒的物理相容性(弹性模量、热膨胀系数是否匹配)、化学相容性(是否发生化学键合作用、是否有中间过载产物形成等)、第二相颗粒本身的粒度和强度、在陶瓷基体中的均匀分散程度、在陶瓷基体中的分布方式(处于晶界或晶粒内)均对强化效果有重要影响。颗粒复合增韧的原则如下。
1.基体与颗粒复合相物理性能匹配。基体与颗粒的弹性模量和热膨胀系数必须匹配。这两个性能参数的差异决定了复合材料中基体与颗粒界面上的应为分布状况和犬小，而这种应力分布状况和大小又直接决定了增韧的效果。
2.基体与颗粒复合相化学性能匹配。在复合材料体系中要求基体与颗粒增强相无强烈的化学反应，因而要求两者化学性能相近或不起化学反应，此外，还要求基体与颗粒能产生理想的界面。
3.基体与颖粒的粒径大小相匹配。颗粒复合材料的性能和质量与粉末颗粒的粒度、含量及基体与增强基粒径的相对大小有关。
4.颗粒本身应具有较好的综合性能，如高强度、高模量、高热稳定性和化学稳定性。 20210311

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