碳化硅陶瓷如何強(qiáng)化增韌

發(fā)布日期：2018-10-09 作者：點(diǎn)擊：

SiC(碳化硅)陶瓷因其具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、高導(dǎo)熱率、良好的抗熱沖擊性、耐化學(xué)腐蝕、低熱膨脹系數(shù)及比重輕等性能，被廣泛用于機(jī)械、化工、能源、航空航天及高溫、高壓、腐蝕、輻射、磨損等嚴(yán)酷條件下的軍事領(lǐng)域。

由于其分子結(jié)構(gòu)的鍵合特點(diǎn)，導(dǎo)致其塑性變形能力缺乏，表現(xiàn)為脆性，嚴(yán)重地影響了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用潛力。為此，陶瓷強(qiáng)化增韌便成了近年來陶瓷材料研究的核心問題。

一、碳化硅陶瓷的自增韌技術(shù)通過引入添加劑或晶種來誘導(dǎo)等軸狀晶粒異向生長(zhǎng)成為如板狀、棒狀、長(zhǎng)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(jī)制是類似于晶須對(duì)材料的裂紋橋聯(lián)增韌、裂紋偏轉(zhuǎn)和晶粒拔出效應(yīng)，其中橋聯(lián)增韌是主要增韌機(jī)制。其中，預(yù)加晶種的增韌方案在Si3N4陶瓷中應(yīng)用較多。例如利用β-Si3N4晶粒的異向生長(zhǎng)，以少量β-Si3N4晶種得到長(zhǎng)柱狀的β-Si3N4晶體而起到增韌作用。

二、表面改性技術(shù)增韌SiC陶瓷

陶瓷材料的脆性斷裂通常是在拉應(yīng)力作用下，自表面開始斷裂。如果通過人為地預(yù)加應(yīng)力，在陶瓷材料表面造成一層殘余壓應(yīng)力層，就有可能起到增韌的作用。類似這種陶瓷韌化技術(shù)被稱作為表面改性技術(shù)增韌。主要方法包括陶瓷表面的熱處理以及表面涂層處理等方案。

三、纖維/晶須增韌SiC陶瓷

纖維/晶須強(qiáng)韌化是目前陶瓷增韌技術(shù)中效果最為顯著的一種技術(shù)，它不僅能提高材料的韌性，而且大多數(shù)情況下還能同時(shí)提高材料的強(qiáng)度，因而具有巨大潛在應(yīng)用前景。這種技術(shù)主要是利用高強(qiáng)度、高模量的陶瓷纖維或晶須與陶瓷基體構(gòu)成陶瓷基復(fù)合材料，靠纖維橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)和纖維拔出等機(jī)制，從而達(dá)到提高陶瓷韌性和強(qiáng)度的目的。

四、顆粒彌散相增韌碳化硅陶瓷技術(shù)

采用第二相顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料是根據(jù)性能要求進(jìn)行材料改性甚至于材料設(shè)計(jì)的一種有效手段，它的主要設(shè)計(jì)思路是探討成分、組織與結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。

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(xué)相容性與共存性；與基體之間的物理匹配性與強(qiáng)化性；與界相之間的匹配性以及第二相顆粒的尺寸和數(shù)量等。

在第二相顆粒確定之后，此種添加劑的粒徑與級(jí)配比例將是獲得良好增韌性能的決定性因素。在工業(yè)生產(chǎn)中，采用顆粒彌散增韌陶瓷最具有大規(guī)模推廣的可行性。其中顆粒增韌SiC復(fù)合材料，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，易于大規(guī)模生產(chǎn)和被市場(chǎng)接受。