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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划陶瓷基复合材料种类陶瓷基复合材料摘要：陶瓷基复合材料主要以高性能陶瓷为基体通过加入颗粒、晶须、连续纤维和层状材料等增强体而形成的复合材料。如碳化硅、氮化硅、氧化铝等，具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。陶瓷基复合材料的研究还处于较初级阶段，我国对陶瓷基复合材料的研究则刚刚起步不久。关键词：陶瓷基复合材料基体增强体强韧化机理制备技术前言：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
2、、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。正文一、陶瓷基复合材料基本概述陶瓷基复合材料的基体为陶瓷。如碳化硅、氮化硅、氧化铝等，具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。化学键往往是介于离子键与共价键之间的混合键。陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维(长、
3、短纤维)、晶须和颗粒三类。碳纤维主要用在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件；其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。纤维增强陶瓷基复合材料是改善陶瓷材料韧性的重要手段。目前常用的晶须是SiC和A12O3，常用的基体则为A12O3，ZrO2，SiO2，Si3N4以及莫来石等。晶须具有长径比，含量较高时，桥架效应使致密化困难，引起了密度的下降导致性能下降。颗粒代替晶须在原料的混合均匀化及烧结致密化方面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。常用的颗粒也是SiC、Si3N4和A12O3等。陶瓷基复合材料发展迟滞，发展过程中也遇到了比其它复合材料更大的困难。陶瓷基复合材料的研究还处于较初级阶段，我国对陶
4、瓷基复合材料的研究则刚刚起步不久。二、陶瓷基复合材料的结构性能近年来人们开始对陶瓷基复合材料进行研究。以期获得一种有强度、韧性、耐高温的陶瓷基材料。在这种复合材料陶瓷应该具有以下一些性能：(1)陶瓷能够很好地渗透进纤维点须和颗粒增强材料；(2)同增强材料之间形成较强的结合力；(3)在制造和使用过程中同增强纤维间没有化学反应；(4)对纤维的物理性能没有损伤；(5)很好的抗蠕变、抗冲击、抗疲劳性能；(6)高韧性；(7)化学稳定性，具有耐腐蚀、耐氧化、耐潮湿等化学性能1陶瓷基复合材料的基体陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物。现代陶瓷材料的研究，最早是从对硅酸盐材料
5、的研究开始的，随后又逐步扩大到了其他的无机非金属材料。目前被人们研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。2.瓷基体的种类陶瓷基体材料主要以结晶和非结晶两种形态的化合物存在，按照组成化合物的元素不同，又可以分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。此外，还有一些会以混合氧化物的形态存在。1）氧化物陶瓷基体氧化铝陶瓷基体以氧化铝为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷，氧化铝仅有一种热动力学稳定的相态。氧化铝陶瓷包括高纯氧化铝瓷，99氧化铝陶瓷，95氧化铝陶瓷，85氧化铝陶瓷等。(2)氧化锆陶瓷基体以氧化锆为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。氧化锆密度/c
6、m3，熔点2175。稳定的氧化锆陶瓷的比热容和导热系数小，韧性好，化学稳定性良好，高温时具有抗酸性和抗碱性。2）氮化物陶瓷基体(1)氮化硅陶瓷基体以氮化硅为主要成分的陶瓷称氮化硅陶瓷，氮化硅陶瓷有两种形态。此外氮化硅还具有热膨胀系数低，优异的抗冷热聚变能力，能耐除氢氟酸外的各种无机酸和碱溶液，还可耐熔融的铅、锡、镍、黄钢、铝等有色金属及合金的侵蚀且不粘留这些金属液。(2)氮化硼陶瓷基体以氮化硼为主要成分的陶瓷称为氯化硼陶瓷。氮化硼是共价键化合物3）碳化物陶瓷基体以碳化硅为主要成分的陶瓷称为碳化硅陶瓷。碳化硅是一种非常硬和抗磨蚀的材料，以热压法制造的碳化硅用来作为切割钻石的刀具。碳化硅还具有优异
7、的抗腐蚀性能，抗氧化性能(1)碳化硼陶瓷基体以碳化硼为主要成分的陶瓷称为碳化硼陶瓷。碳化硼是一种低密度、高熔点、高硬度陶瓷。碳化硼粉末可以通过无压烧结、热压等制备技术形成致密的材料。3陶瓷复合材料的增强体陶瓷基复合材料中的增强体，通常也称为增韧体。从几何尺寸上增强体可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。1)纤维纤维类增强体有连续长纤维和短纤维。连续长纤维的连续长度均超过数百。纤维性能有方向性，一般沿轴向均有很高的强度和弹性模量。2)颗粒颗粒类增强体主要是一些具有高强度、高模量。耐热、耐磨。耐高温的陶瓷等无机非金属颗粒，主要有碳化硅、氧化铝、碳化钛、石墨。细金刚石、高岭土、滑石、碳酸钙等。主
8、要还有一些金属和聚合物颗粒类增强体，后者主要有热塑性树脂粉末。3)晶须晶须是在人工条件下制造出的细小单晶，一般呈棒状，其直径为1微米，长度为几十微米，由于其具有细小组织结构，缺陷少，具有很高的强度和模量。晶须与颗粒对陶瓷材料的增韧均有一定作用，且各有利弊。晶须的增强增韧效果好，但含量高时会使致密度下降；颗粒可克服晶须的这一弱点，但其增强增韧效果却不如晶须。由此很容易想到，若将晶须与颗粒共同使用，则可取长补短，达到更好的效果。目前，已有了这方面的研究工作，如使用SiCw与ZrO2来共同增韧，用SiCw与SiCp来共同增韧等。4.陶瓷基复合材料增强体分布1.纤维增强陶瓷基复合材料1）单向排布长纤维
9、复合材料当外加应力进一步提高时，由于基体与纤维间的界面离解，同时又由于纤维的强度高于基体的强度，从而使纤维从基体中拔出。当拔出的长度达到某一临界值时，会使纤维发生断裂。因此，裂纹的扩展必须克服由于纤维的加入而产生的拔出功和纤维断裂功，这样，使得材料的断裂更为困难，从而起到了增韧的作用。2）多向排布纤维增韧复合材料单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维排列方向上的纵向性能较为优越，而其横向性能显著低于纵向性能，所以只适用于单轴应力的场合。而许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向上均具有优良的性能，这就要进一步研究多向排布纤维增韧陶瓷基复合材料。2.晶须和颗粒增强陶瓷基复合材料长纤维增韧陶瓷基复合材料虽然性能
10、优越，但它的制备工艺复杂，而且纤维在基体中不易分布均匀。因此，近年来又发展了短纤维、晶须及颗粒增韧陶瓷基复合材料。由于短纤维与晶须相似，故只讨论后两种情形。由于晶须的尺寸很小，从客观上看与粉末一样，因此在制备复合材料时，只需将晶须分散后与基体粉末混合均匀，然后对混好的粉末进行热压烧结，即可制得致密的晶须增韧陶瓷基复合材料。晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与基体和晶须的选择、晶须的含量及分布等因素有关。5.陶瓷基复合材料的界面和强韧化机理1）界面的粘结形式机械结合化学结合陶瓷基复合材料往往在高温下制备，由于增强体与基体的原子扩散，在界面上更易形成固溶体和化合物。此时其界面是具有一定厚度的反应区，它与
11、基体和增强体都能较好的结合，但通常是脆性的。2）界面的作用陶瓷基复合材料的界面一方面应强到足以传递轴向载荷并具有陶瓷基复合材料的研究现状姓名：柒森乾学号：XX摘要：陶瓷基复合材料是性能优异的高温结构材料,可在很大程度上解决陶瓷的脆性问题。本文就陶瓷的增韧机理、基体材料和增强增韧纤维的选择,复合材料的制造工艺,以及陶瓷基复合材料的发展过程、现状和发展趋势作了较全面的介绍,并指出了要它应用于实践所需解决的问题从历史来看，陶瓷基复合材料的发展大致可以分为以下三个阶段：第一个阶段：慈宁宫陶、瓷器到近代的传统陶瓷。陶器的出现、发展和广泛应用是社会生产力的一个飞跃，同时也大大方便和丰富了人们的生活。此后的
12、陶瓷经历了漫长的发展和演变过程。随着金属冶炼技术的发展，人类掌握了通过鼓风提高燃烧温度的技术，采用了喊铝量较高的瓷土，发明了釉。由于这三个方面因素的促进，陶瓷发展到了以洁白细腻、轻巧美观、材质精美和具有得天独厚的资源优势的瓷器，成为陶瓷发展史的一次重要飞跃，也是陶瓷发展史的第一个里程碑。它标志着人类完成了从蒙昧时代进化到野蛮时代，进而过渡到文明时代，具有划时代的意义。近代，由于对陶瓷的原料、配比、成型、制作工艺进行精选优化和严格控制，不仅提高了陶瓷制品的质量，增加了花色品种，而且随着科学技术的发展和需求，在日用陶瓷的基础上又衍生出了许多种类的陶瓷，如电力工业用的绝缘陶瓷、建筑用的建筑陶瓷和卫生
13、陶瓷、冶金工业用的耐火陶瓷、化学工业第二个阶段：从传统陶瓷到新型陶瓷。这一阶段起源于20世纪40到50年代，是陶瓷史上的第二次飞跃。电子工业的快速发展和宇宙开发，原子能工业的兴起，以及激光技术、传感技术、光电技术等新技术的出现，对陶瓷材料提出了很高的要求，而传统陶瓷无论在性能、品种和质量等方面都不能满足需求，这便促使人们从原料、成型和烧结工艺方面进行改进和创新；加上陶瓷科学与相邻学科的交融和创新突破，对陶瓷的发展起到了极大的作用，大约只经历了半个世纪人们就实现了传统陶瓷到新型陶瓷的飞跃。该阶段存在的问题是陶瓷的脆性和温高强等问题远未彻底解决。第三个阶段：从新型陶瓷到纳米陶瓷。这一阶段起源于20
14、世纪90年代，陶瓷发展正面临着第三次重大飞跃。人们期望21世纪初叶陶瓷科学将会在这方面取得重大突破，生产许多不同于新型陶瓷的纳米陶瓷材料与制品目前，在原位法制备铝基复合材料的研究中，用来增强基体的陶瓷颗粒主要有TiC以及Al2O3两大类。生成TiC的原位反应为Ti+C反应体系，而生成Al2O3颗粒的反应为金属氧化物MO+Al反应体系。CVD法是上世纪60年代发展起来的制备无机材料的新技术。它被广泛应用于沉积各种单晶、多晶或其它无定形态的无机薄膜材料。CVD法最早应用于沉积微电子元器件，经过几十年的发展，从实验室的探索研究到大规模工业化生产，都取得了很大的成就，这就促进了该方法在陶瓷材料制备中的
15、应用。一种或几种气体在一定的温度下发生化学反应，反应后的固态物质在基体表面沉积，形成涂层或薄膜材料，如果基体是多孔材料，沉积也可以发生在基体的内表面。能在相对低的温度下制备熔点高达3000的陶瓷材料，这是传统的粉末冶金和陶瓷烧结技术难以达到的。用这种方法制备的纤维增强陶瓷基复合材料，避免了在高温复合过程中由于热力学不稳定导致的纤维与基体间的化学反应，可以制备出其它方法无法实现的复合材料。对基体几乎没有损伤，基体的收缩率小，保证了材料结构的完整性。工艺灵活，通过改变工艺参数，可以制备出双元基、纳米基、梯度基及各种复合结构的功能梯度复合材料。CVD法可以制备碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧化物等许多陶瓷材料，制备工艺非常成熟。按照制备材料的形态及功能来分，CVD法制备的先进陶瓷材料主要有陶瓷涂层和陶瓷基体，研究和发展氧化物共晶超高温结构材料的目的就是使其能够在高温等极端恶劣条件下长期使用。因此,在过去的几十年里,国内外一直致力于研究氧化物共晶陶瓷的高温强度、结构稳定性以及高温蠕变等,然而由于其致命的弱点脆性,极大地限制了其优良性能的发挥,为此氧化物共晶陶瓷的韧化成为
