2.6 材料的脆性和克服脆性的途径.pptVIP

3）纤维与基体的热膨胀匹配 轴向热应力的作用 当?m? ?f, 基体在沿纤维轴向处于张应力状态。 当?m ?f, 基体与纤维界面结合强度的大小有两种不同的情况： 界面结合力有足够的强度，基体在沿纤维的轴向处于受压状态，而纤维处于受张应力状态，起着支撑热应力的作用。 界面结合强度不足，受张应力作用的纤维 脱离，在其端部形成基体中的空隙。 径向热应力的作用。 4）纤维与基体的化学相容性 （二） 纤维的临界体积 Vf临界 Vf ?mu 1）复合材料的断裂由纤维断裂引起 ?cu = Vf ?fu + (1－Vf ) ?m* ?mu = Vf 临界 ?fu+ (1－Vf 临界 ) ?m* Vf 临界 = (?mu －?m*) / (?fu －?m*) ?cu与Vf的关系 2) 复合材料的断裂由基体断裂引起 基体断裂时，负荷由纤维承担，其应力 ??f = ?m u Vm / Vf 如果 ?f + ??f ? ?fu ，则纤维使复合材料保持在一起而不会断裂。 V f = ?m u /（ ?m u + ??f ） 临界情况： Vf 临界 = ?m u /（ ?m u + ?fu －?f） 如果 ?fu ?f ?m u Vf 临界 = ?m u / ?fu （三） 复合材料中的临界纤维长度 x 0 纤维表面上的剪应力与截面上的拉应力平衡，有下列关系： ? r2 ? (x)= 2? rx? 如果在纤维的中心应力达到纤维强度?fu ，界面上的剪应力为? fu，纤维长度（临界纤维长度）可用下式表示： Lc=r ?fu /? fu 当纤维长度比短时，复合材料的强度由下式给出： ?c = ? f u L/2r Vf+(1－Vf ) ?m 纤维的长度大于临界长度，复合材料的强度有下式： ?c = ?f [1－(Lc /2L)] Vf +(1－Vf ) ?m* （1） 采用化学抛光净化陶瓷表面，去除加工损伤。 （2） 微晶化（细化晶粒），可减小晶粒内部裂纹尺寸，又降低裂纹出现的几率，且减小多晶体中由于晶粒弹性和热性各向异性引起的残余应力，有利于克服脆性和提高强度。 （3） 裂纹尖端钝化或裂纹愈合。 四、 减缓裂纹尖端的应力集中效应 * ? 脆性是无机材料的特征 它间接地反映材料的抗机械冲击强度的高低。 ? 脆性表现:一旦受到临界的外加负荷，材料的断裂则具有爆发性的特征和灾难性的后果。 ? 原因：脆性的本质是少于五个独立的滑移系统。在受力状态下难于发生滑移使应力松弛。 一、 材料脆性的特点 2.6.1 材料的脆性 2.6 材料的脆性和克服脆性的途径 材料的脆性:特点,改善韧性提高强度 克服材料脆性断裂的途径 NaCl 金刚石 铜和银 ? th /?th 0.49 1.16 30 显微结构的脆性根源是材料内部存在微裂纹，易于导致高度的应力集中。 ?裂纹扩展的速度是脆性的一种量度 裂纹扩展速度决定着是否能发生消除应力集中的塑性流动，塑性形变需要一定的起始时间，若裂纹扩展的很快，则发生脆断。 ? 断裂能、? th /?th 也是材料脆性的一种量度. 材料脆性的本质难以改变 在一定的条件下，晶体中的滑移系统的数目及其可动程度，是物质本质结构所决定的； 任务 根据材料的裂纹扩展行为及其断裂机理，借助于对裂纹扩展条件的控制，在一定程度上提高材料的韧性。 二、 改善材料韧性，提高材料强度 从断裂力学观点出发，克服脆性和提高强度的关键是： ? 提高材料的断裂能，便于提高抵抗裂纹扩展的能力； ? 减小材料内部所含裂纹缺陷的尺寸，以减缓裂纹尖端的应力集中效应。 强度－韧性－裂纹尺寸的关系 裂纹长度的倒数 强度 ao 断裂韧性 K1c 工程陶瓷 沿着既提高断裂韧性,又降低裂纹尺寸的途径，大幅度地提高材