结构陶瓷氧化反应裂纹愈合动力学研究.PDFVIP

第 卷 第 期 无 机 材 料 学 报 , 年 月 , 文章编号 一 一 一 增 韧 结构陶瓷氧化 反 应裂纹愈合 动 力学研 究 理 论 模 型 吕 玲 , 郑 治样 , 吴 玉 程 , 金 志浩 , 室 合 肥 工 业 大 学材 料 学院 合 肥 西 安 交 通 大 学材 料 强度 国 家重 点 实验 西 安 摘 要 氧化反 应 引起 裂纹 愈合是结构 陶瓷提高强 度的一个重要途径 针对 目前研 究中缺 乏 定量性这一 不足 之处 , 本文从热力学和 动力学角度研究 了氧化反 应 与裂纹愈合 、 强度提高之 间 的定量关 系 建立 了裂 纹 愈合模 型 , 并进行 了动力学研究 , 分析 了高温 加热时 间 、 温 度 、 裂 纹 尺 寸对裂纹愈合及材料强度 的影 响 以期为裂纹愈合与强度恢复的定量或半定量的研 究 , 实现 人 为精确控制裂纹愈合 的程度提 供一 定的理 论 依据 关 键 词 裂纹 愈合 动力 学 愈合速度 强 度 中图 分类号 文献标识码 引言 和 根 据 的经典 的 固体材 料基本 断裂准则 对含 裂纹 的 陶 瓷材 料 的研 究 , 表 明 材 料 的 断裂强 度 与裂 纹初 始尺 寸 之 间 的关 系 由如下 通 式 表示 【 一 争了嚓 式 中 为材 料 的 弹性 模 量 , 飞 为材 料 的 自由表 面 能 , 是 一 数 值 常数 , 同 裂 纹 的 几 何 形 状 、 位 置 、 外 加 应 力 作 用方 式 , 所 采 用 的 断 裂 样 品 的几 何 形 状 及 尺 寸有 关 从 此 式 可 以看 出 , 在 其 他 条 件相 同 的 情 况 下 , 减 小 必 然 会 提 高 材 料 的 强 度 作 为 陶 瓷材 料 的共 同缺 点 之 一 , 裂纹 的存 在 与扩 展 必 定 会 导 致 材 料 强 度 的 下 降 而 陶 瓷材 料对 在 制造 和 使 用 过 程 中引发 的表 面 裂 纹 十分敏 感 , 如烧结冷 却 、 机 加工 、 热 冲击等 常表 现 为强 度 的大 幅度衰 减 , 材 料 的可靠性 降低 , 极 大地 限制 了材 料 的使 用 范 围 如 果 能够 实 现 裂 纹 的 自愈 合 , 不 仅 可 以 部 分 甚 至 全 部恢 复 由裂 纹 所 引起 的衰 减 的 强 度 , 而 且 可 以 大 大提 高 陶 瓷构件 的可靠性 , 降低机 加工 及 抛 光 成 本 , 从而 延长结构 陶瓷构件 的使 用 寿 命 比 尽 管 有关 陶 瓷 材 料裂 纹 愈 合 的 现 象 已 开 展 了 一 定 的研 究 【一 ,