层状陶瓷复合材料制备技术地研究进展.pdfVIP

全国性建材科技期刊 ———《陶瓷》　2003 年 　第 3 期 　总第 163 期 ·15 · 层状陶瓷复合材料制备技术的研究进展 刘开平1 ,2 　　　　　周敬恩1 ( ) ( ) 1 西安交通大学材料学院　710049 　 2 长安大学 　西安 　710054 摘 　要 　论述了层状陶瓷复合材料的性能特点以及这种材料的发展现状 ,从基体及夹层材料的类型选择和匹配 、结构及 界面的设计 、工艺参数的选取 、料浆制备 、薄层预制 、复合成形 、排胶烧结等方面介绍了当前层状陶瓷制备工艺技术的研究 进展 ;从性能及结构优化等方面探讨了在复合材料发展中目前存在的不足 ,指出了进一步研究应该解决的问题和未来的 发展前景 。 关键词 　仿生材料 　仿生设计 　层状复合材料 　层状陶瓷 　结构材料 石墨叠层陶瓷材料 。我国学者杨辉等[7 ] 从 1992 年起 　引言 也开始进行层状复合陶瓷的研究 , 已取得了较大的进 展 。由于这种结构具有很大的设计 自由度 ,并且比纤 近年来 ,围绕着改善陶瓷材料韧性的问题 , 国内外 维复合材料成本低 ,体积分数容易控制[8 ,9 ] , 因而成为 进行了大量的研究工作 ,其中采用层状复合结构设计 近年来陶瓷增韧领域的研究热点之一 。 进行陶瓷增韧就是其中的方法之一 。陶瓷的层状复合 是大自然中贝壳等生物材料的一种结构仿生设计 。贝 1 　层状陶瓷的材料和结构设计 壳类生物材料是由 95 % 以上的脆性文石晶体和少量 的壳角蛋白以强弱相间的层状形式复合而成的 ,这种 提高层状陶瓷材料韧性的关键技术包括材料基体 结构具有比一般文石晶体高得多的综合机械性能 。层 的优化 、夹层匹配的选择 、结构及界面设计等 。 状复合陶瓷也是在脆性的陶瓷层间加入不同材质的较 1. 1 　材料选择 ( [ 1] [2 ] 软或较韧的材料层 通常称之为夹层 、隔离层 或界 1. 1. 1 　基体材料 面层[3 ] ) 制成 。这种结构的材料在应力场中是一种能 目前 ,层状陶瓷复合材料研究的基体材料主要是 量耗散结构 ,能克服陶瓷突发性断裂的致命缺点 。当 一些具有较高强度和弹性模量的结构陶瓷材料 , 如 材料受到弯曲或冲击时 ,裂纹多次在层界面处受到阻 Al 0 ,ZrO ,SiC ,Si N ,TiB ,B C 等 。 2 3 2 3 4 2 4 碍而钝化和偏折 ,有效地减弱了载荷下裂纹尖端的应 基体材料的强度对复合材料的性能有很大影响 。 力集中效应 。同时 ,这种材料的强度受缺陷影响较小 , 根据 W.J . Clegg 的观点[ 10 ] ,基体材料的强度直接影响 是一种耐缺陷材料[4 ] 。这种结构可使陶瓷的韧性得到 复合材料的断裂韧性值 。强度越高 ,断裂韧性越高 。 很大改善 。以氮化硅为例 ,断裂韧性达到 20 MPa ·m1/ 2