第六章+陶瓷基复合材料(CMC)

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1、第六章陶瓷基复合材料(CMC)第一节概述陶瓷复合材料的韧性第二节陶瓷基体一、氧化铝陶瓷性能特点：（1）硬度高，耐磨性好（2）耐高温性能好（3）耐腐蚀性好（4）电绝缘性好二、氮化硅陶瓷以反应烧结（Si粉＋95%N2＋5%H2）或热压烧结（Si3N4+MgO）制备性能特点：（1）强度高（2）抗热震性和抗高温蠕变性能也比其它陶瓷好（3）硬度高，摩擦系数小，只有0.1－0.2，是一种极优良的耐磨材料（4）自润滑性（5）良好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐所有的无机酸和某些减溶液的腐蚀，并能抵抗熔融有色金属(如铝、锡、锌、镍、金、银、铜等

2、)的侵蚀（6）抗氧化温度可达1000（7）氮化硅的电绝缘性也很好Si3N4+Al2O3三、碳化硅陶瓷由反应烧结法（α-SiC+C粉烧结）和热压烧结（SiC+促进剂）法制备特点：较高的高温强度较高的热导率较好的热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性四、玻璃陶瓷含有大量微晶体的玻璃称为微晶玻璃或玻璃陶瓷。常用的玻璃陶瓷有锂铝硅（Li2O-Al2O3-SiO2，LAS）和镁铝硅(MgO-Al2O3-SiO2，MAS)两个体系。特点：低密度，2.0-2.8g/cm3高弹性模量（80－140GPa）和弯曲强度(70-350MPa)第三节　

3、陶瓷粉末的烧结粉末状物料在压制成型后，含有大量气孔，颗粒之间接触面积较小，强度也比较低。经过高温作用后，坯体中颗粒相互烧结，界面逐渐扩大成为晶界，最后数个晶粒结合在一起，产生再结晶与聚集再结晶，使晶粒长大。气孔体积缩小，大部分甚至全部从体坯中排出，体收缩而致密，强度增加，成坚固整体。上述整个过程叫烧结过程。烧结是一复杂的物理化学过程，除物理变化外，有的还伴随有化学变化，如固相反应。这种由固相反应促进的烧结，又称反应烧结。高纯物质通常在烧结温度下基本上无液相出现；而多组分物系在烧结温度下常有液相存在，称为液相烧结。一、烧结过程科

4、布尔(Coble)把绕结过程划分为初期、中期、末期三个阶段初期：晶界不移动，也就是晶粒不成长中期：晶界开始移动，晶粒开始成长，气孔成三维连通状末期：还体浙趋致密，当相对密度达95%左右，气孔逐渐封闭，成为不连续状态二、烧结动力任何系统都有向最低能量状态转变的趋势，所以这种表面自由能的降低，在很多情况下就成为物质烧结的主要动力。此外高度分散物料的表面还存在严重歪曲，内部也具有比较严重的结构缺陷，这些都促使晶格活化，性质点易于迁移，从而构成烧结动力的另一部分。烧结作用力分析表面张力产生的作用于ABCD表面上切线方向的力，可由表面张

5、力定义求出由表可以看出，曲面压力随颗粒半径之降低而增加，随曲面圆内角θ之减小而降低，亦即随烧结之进行而降低。所以颗粒越细，曲面压力越大，颈部成长越快。颈部长大表面积减小，表面能也降低。三、烧结机理(一)颗粒的粘附作用粘附是闪体表面的普迎性质，它起决于固体表面张力，当两个表面靠近到表面力场作用范围时，即发生键合而粘附。粘附力的大小直接取决于物质表面能和接触面积，故粉状物料间的粘附特别显著。随着粘附的进行，表面积减小，系统总表面能降低，促进粘附的进一步进行。(—)物质的传递1.流动传质在表面张力的作用下引起的物质迁移，即粘性流动和

6、塑性流动。在一定的温度下，晶体中存在一定的平衡空位浓度，随着温度升高，平衡空位浓度增加，质点振动增加，并可能发生依序向相邻的空位位置移动。由于空位是统计平均分布的，故不会产生定向的物质流动。但如存在定向作用力，如表面张力的作用，质点就会优先沿作用力的方向流动，呈现物质的粘性流动。如果表面张力足以使晶体产生位错，这时质点通过整排原子的运动或晶面的滑移来实现，即塑性流动。2．扩散传质C－空位浓度差；－质点（原子或离子）直径－曲率半径；－表面张力　C0－平稳空位浓度在空位浓度差推动下，空位即从颈部表面向颈部扩散，固体质点则由

7、颈部逆向扩散。由此迁移出的空位最终在颗粒的其它部分消失，这个消失空位的场所也可称为空位的阱(sink)，它实际上是提供形成颈部的原子或离子的物质源。空位浓度差与表面张力成比例的，即扩散传质的推动力也是表面张力。3.气相传质由于颗粒表面各处的曲率不同，按开尔文公式，质点从高能位的凸处(如表面)蒸发，然后通过气相传质到低能阶的凹处(如颈部)凝结，使颗粒的接触面增大，导致逐步致密。这一过程也称蒸发——冷凝。4．溶解——沉淀在有液相参与的烧结中，若液相能润湿和溶解固体，由于小颗粒的表面能较大，其溶解度也比大颗粒的大。小颗粒不断溶解并在

8、大颗粒表面析出，空隙消失而致密化。第四节CMC制备工艺一、粉末冶金法将陶瓷粉末、增强材料(颗粒或纤维)和加入的粘结剂混合均匀后，冷压制成所需形状，然后进行烧结或直接热压挠结或等静压烧结制成陶瓷基复合材料。二、浆体法三、反应烧结法四、液态浸渍法五、溶胶—凝胶法溶胶—凝胶(So1