第六章 陶瓷基復合材料

1、第五章第五章 陶瓷基復合材料陶瓷基復合材料（Ceramic Matrix Composites）復習參考資料v 鄒祖諱，材料與科學技術叢書鄒祖諱，材料與科學技術叢書(第第13卷卷)：復合材料：復合材料的結構與性能，科學出版社，的結構與性能，科學出版社，1999，P155-203v 賈廣成，陶瓷基復合材料導論，冶金工業(yè)出版社，賈廣成，陶瓷基復合材料導論，冶金工業(yè)出版社，2002v 周玉，陶瓷材料學，哈爾濱工業(yè)大學出版社，周玉，陶瓷材料學，哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995v 穆柏春，陶瓷材料的強韌化，冶金工業(yè)出版社，穆柏春，陶瓷材料的強韌化，冶金工業(yè)出版社，2002本章主要內容：本章主要內容：一、基

2、本概念和分類一、基本概念和分類二、原材料及其特性二、原材料及其特性三、設計理論和強韌化機理三、設計理論和強韌化機理四、陶瓷基復合材料的制備技術四、陶瓷基復合材料的制備技術 五、纖維增強陶瓷基復合材料五、纖維增強陶瓷基復合材料六、晶須增韌陶瓷基復合材料六、晶須增韌陶瓷基復合材料七、仿生結構陶瓷基復合材料七、仿生結構陶瓷基復合材料一、基本概念和分類一、基本概念和分類陶瓷基復合材料陶瓷基復合材料（Ceramic Matrix Composites，簡稱，簡稱CMCs） 以陶瓷材料為基體，以高強度纖維、晶須、晶片和顆粒以陶瓷材料為基體，以高強度纖維、晶須、晶片和顆粒為增強體，通過適當?shù)膹秃瞎に囁瞥傻?/p>

3、復合材料。為增強體，通過適當?shù)膹秃瞎に囁瞥傻膹秃喜牧稀?通常也成為復相陶瓷材料（通常也成為復相陶瓷材料（Multiphase ceramics）或多）或多相復合陶瓷材料（相復合陶瓷材料（Multiphase composite ceramics)1、定義、定義v 結構陶瓷基復合材料結構陶瓷基復合材料 主要利用其力學性能和耐高溫性能主要利用其力學性能和耐高溫性能，主要用作承力和次承力構件，主要特主要用作承力和次承力構件，主要特性是輕質、高強、高剛度、高比模、耐高溫、低膨脹、絕熱和耐腐蝕等。性是輕質、高強、高剛度、高比模、耐高溫、低膨脹、絕熱和耐腐蝕等。 v 功能陶瓷基復合材料功能陶瓷基復合材料

4、 主要利用其光、聲、電、磁、熱等物理性能的功能材料，主要利用其光、聲、電、磁、熱等物理性能的功能材料，指除力學性能以指除力學性能以外而具有某些物理性能（如導電、半導、磁性、壓電、阻尼、吸聲、吸波、屏外而具有某些物理性能（如導電、半導、磁性、壓電、阻尼、吸聲、吸波、屏蔽、阻燃、防熱等）的陶瓷基復合材料。主要由功能體（單功能或多功能）和蔽、阻燃、防熱等）的陶瓷基復合材料。主要由功能體（單功能或多功能）和基體組成，基體不僅起到粘結和賦形的作用，同時也會對復合陶瓷整體性能有基體組成，基體不僅起到粘結和賦形的作用，同時也會對復合陶瓷整體性能有影響。多功能體可以使復合陶瓷具有多種功能，同時還有可能由于產生

5、復合效影響。多功能體可以使復合陶瓷具有多種功能，同時還有可能由于產生復合效應而出現(xiàn)新的功能。應而出現(xiàn)新的功能。 2、分類、分類(1)、按使用性能特性分類、按使用性能特性分類 v 氧化物陶瓷基復合材料氧化物陶瓷基復合材料v 非氧化物陶瓷基復合材料非氧化物陶瓷基復合材料v 玻璃基或玻璃陶瓷基復合材料玻璃基或玻璃陶瓷基復合材料v 水泥基多相復合（陶瓷）材料水泥基多相復合（陶瓷）材料 2、分類、分類(2)、按基體材料分類、按基體材料分類 v 顆粒彌散強化陶瓷基復合材料顆粒彌散強化陶瓷基復合材料包括硬質顆粒和延性顆粒包括硬質顆粒和延性顆粒v 晶須補強增韌陶瓷基復合材料晶須補強增韌陶瓷基復合材料包括短纖維

6、補強增韌陶瓷包括短纖維補強增韌陶瓷基復合材料基復合材料v 晶片補強增韌陶瓷基復合材料晶片補強增韌陶瓷基復合材料包括人工晶片和天然片狀包括人工晶片和天然片狀材料材料v 長纖維補強增韌陶瓷基復合材料長纖維補強增韌陶瓷基復合材料v 疊層式陶瓷基復合材料疊層式陶瓷基復合材料包括層狀復合材料和梯度陶瓷基復包括層狀復合材料和梯度陶瓷基復合材料。合材料。 2、分類、分類(3)、按增強體的形態(tài)分類、按增強體的形態(tài)分類 可分為零維（顆粒）、一維（纖維狀）、二維（片狀和平面織可分為零維（顆粒）、一維（纖維狀）、二維（片狀和平面織物）、三維（三向編織體）等陶瓷基復合材料。具體可分為：物）、三維（三向編織體）等陶瓷基

7、復合材料。具體可分為：陶瓷基復合材料類型匯總表陶瓷基復合材料類型匯總表 增強體形態(tài)增強體形態(tài)（材料名稱）（材料名稱）基體材料種類基體材料種類（材料名稱）（材料名稱）最高使用溫度最高使用溫度（K）顆粒顆粒（陶瓷、金屬）晶須晶須（陶瓷）纖維纖維（連續(xù)、短纖維）（陶瓷、高熔點金屬）結構復合式結構復合式 （疊層、梯度）（按設計要求選擇材料）玻璃：玻璃：SiO2等玻璃陶瓷：玻璃陶瓷：LAS、MAS、CAS氧化物陶瓷氧化物陶瓷：Al2O3, MgO, ZrO2, Mullite非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷碳化物：碳化物：B4C, SiC, TiC, ZrC, Mo2C, WC氮化物：氮化物：BN, AlN,

8、Si3N4,TiN,ZrN硼化物：硼化物：AlB2, TiB2, ZrB2水泥水泥硅酸鹽化合物、鋁酸鹽化合物等疊層式（疊層式（疊層、梯度）（按設計要求選擇材料） 860 1100 1300 1650二、原材料及其特性二、原材料及其特性陶瓷基復合材料是由基體材料和增強體材料組成。陶瓷基復合材料是由基體材料和增強體材料組成?；w材料有氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、水泥、玻璃等?；w材料有氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、水泥、玻璃等。增強體材料主要以不同形態(tài)來區(qū)分，有顆粒狀、纖維狀、增強體材料主要以不同形態(tài)來區(qū)分，有顆粒狀、纖維狀、晶須、晶板等。晶須、晶板等。 1、陶瓷基體材料、陶瓷基體材料 氧化物陶瓷氧化物

9、陶瓷 性性 能能氧化鋁氧化鋁耐熱、耐腐蝕、耐磨耐熱、耐腐蝕、耐磨二氧化鋯二氧化鋯高斷裂韌性、絕熱高斷裂韌性、絕熱堇青石堇青石(Mg2Al4Si5O18)低膨脹系數(shù)、極好的抗熱震性低膨脹系數(shù)、極好的抗熱震性鈦酸鋁鈦酸鋁低膨脹系數(shù)、絕熱、極好抗熱震性低膨脹系數(shù)、絕熱、極好抗熱震性莫來石莫來石耐熱、耐腐蝕耐熱、耐腐蝕氧化物復合材料氧化物復合材料高斷裂韌性、高強度高斷裂韌性、高強度 非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷 性性 能能氮化硅氮化硅高斷裂韌性、高強度、極好抗熱震性、耐磨損高斷裂韌性、高強度、極好抗熱震性、耐磨損六方氮化硼六方氮化硼耐磨蝕、極好抗熱震性、極好潤滑性耐磨蝕、極好抗熱震性、極好潤滑性立方氮化硼

10、立方氮化硼非常高的硬度、極好的熱傳導體非常高的硬度、極好的熱傳導體氮化鋁氮化鋁耐熱、高熱傳導體耐熱、高熱傳導體碳化硅碳化硅耐熱、耐腐蝕、耐磨損、高熱導體耐熱、耐腐蝕、耐磨損、高熱導體復合陶瓷復合陶瓷高斷裂韌性、高強度高斷裂韌性、高強度幾種常用的陶瓷基體材料簡介：幾種常用的陶瓷基體材料簡介：氧化鋁（氧化鋁（Al2O3）二氧化鋯（二氧化鋯（ZrO2）莫來石（莫來石（3Al2O3 2SiO2）氮化硅（氮化硅（Si3N4，Sialon）碳化硅（碳化硅（SiC）玻璃陶瓷（玻璃陶瓷（LAS、MAS、CAS）1、氧化鋁陶瓷（、氧化鋁陶瓷（Al2O3, alumina） 以氧化鋁為主成分的陶瓷材料。氧化鋁含量

11、越高，性能越好。按以氧化鋁為主成分的陶瓷材料。氧化鋁含量越高，性能越好。按氧化鋁含量可分為氧化鋁含量可分為7575瓷、瓷、8585瓷、瓷、9595瓷、瓷、9999瓷和高純氧化鋁瓷等。瓷和高純氧化鋁瓷等。 主晶相為主晶相為 -Al2O3，屬六方晶系，體積密度為，屬六方晶系，體積密度為3.9 g/cm3左右，熔點左右，熔點達達2050。 氧化鋁有多種變體，其中主要有氧化鋁有多種變體，其中主要有 、 型。除型。除 -Al2O3外，其它均外，其它均為不穩(wěn)定晶型。為不穩(wěn)定晶型。 -Al2O3為低溫型，具有為低溫型，具有FCC結構，在結構，在9501200范圍范圍內可轉化為內可轉化為 -Al2O3，體積收

12、縮約，體積收縮約13%。在氧化鋁陶瓷制備過程中，。在氧化鋁陶瓷制備過程中，一般先將原料預燒，一般先將原料預燒， 使使 -Al2O3轉化為轉化為 -Al2O3。 氧化鋁陶瓷制備時常用的助燒劑有氧化鋁陶瓷制備時常用的助燒劑有TiO2、MgO等。等。氧化鋁瓷的主要性能氧化鋁瓷的主要性能 名稱名稱剛玉莫來石瓷剛玉莫來石瓷剛玉瓷剛玉瓷剛玉瓷剛玉瓷牌號牌號75瓷瓷95瓷瓷99瓷瓷Al2O3含量，含量，wt759599主晶相主晶相 -Al2O3 3Al2O3 2SiO2 -Al2O3 -Al2O3密度密度, g/cm33.2-3.43.53.9抗拉強度抗拉強度, MPa140180250抗彎強度抗彎強度,

13、MPa250-300280-350370-450抗壓強度抗壓強度, MPa120020002500膨脹系數(shù)膨脹系數(shù), 10-6/5-5.55.5-7.56.7介電強度介電強度, KV/mm25-3015-1825-30v 氧化鋁的硬度約為氧化鋁的硬度約為20GPa20GPa，僅次于金剛石、立方氮化，僅次于金剛石、立方氮化硼和碳化硅，有很好的耐磨性。硼和碳化硅，有很好的耐磨性。v 耐高溫性能好，高氧化鋁含量的剛玉瓷可在耐高溫性能好，高氧化鋁含量的剛玉瓷可在16001600高高溫下長期使用，而且蠕變小。溫下長期使用，而且蠕變小。v 氧化鋁還具有很好的耐腐蝕性和電絕緣性。氧化鋁還具有很好的耐腐蝕性和

14、電絕緣性。v 但氧化鋁脆性較大，抗熱震性差，不能承受環(huán)境溫度但氧化鋁脆性較大，抗熱震性差，不能承受環(huán)境溫度的突然變化。的突然變化。 氧化鋁瓷的其它性能氧化鋁瓷的其它性能 ：2、氧化鋯陶瓷（、氧化鋯陶瓷（ZrO2, zirconia） 以氧化鋯為主成分的陶瓷材料。以氧化鋯為主成分的陶瓷材料。 ZrO2有三種晶型：單斜相有三種晶型：單斜相(m)、四方相、四方相(t)及立方相及立方相(c)。在。在1170時時單斜相轉變?yōu)樗姆较?，此可逆轉變同時伴隨著單斜相轉變?yōu)樗姆较啵丝赡孓D變同時伴隨著79%的體積變化，使陶的體積變化，使陶瓷燒成時容易開裂，故須加入適量的瓷燒成時容易開裂，故須加入適量的CaO、Mg

15、O、CeO2或或Y2O3等氧化等氧化物作為穩(wěn)定劑。物作為穩(wěn)定劑。 加入適量的穩(wěn)定劑后，加入適量的穩(wěn)定劑后，t相可以部分或全部以亞穩(wěn)定狀態(tài)存在于室相可以部分或全部以亞穩(wěn)定狀態(tài)存在于室溫，分別稱為部分穩(wěn)定氧化鋯（溫，分別稱為部分穩(wěn)定氧化鋯（PSZ）或四方相氧化鋯多晶體（）或四方相氧化鋯多晶體（TZP）。）。 利用利用t-ZrO2m-ZrO2的馬氏體相變，可以用來增韌陶瓷材料，即氧的馬氏體相變，可以用來增韌陶瓷材料，即氧化鋯增韌陶瓷材料（化鋯增韌陶瓷材料（ZTC）。）。 ZrO2陶瓷的特點是呈弱酸性或惰性，導熱系數(shù)?。ㄔ谔沾傻奶攸c是呈弱酸性或惰性，導熱系數(shù)?。ㄔ?001000范范圍內，導熱圍內，導熱

16、系數(shù)系數(shù) =1.72.0W/(m K)，其推薦使用溫度為，其推薦使用溫度為20002200，主要用于耐火坩堝、爐子和反應堆的絕熱材料、金屬表面的熱障涂層等。主要用于耐火坩堝、爐子和反應堆的絕熱材料、金屬表面的熱障涂層等。(1)、PSZ（Partially Stabilized Zirconia） 當當ZrO2中加入適量的穩(wěn)定劑時，形成的由中加入適量的穩(wěn)定劑時，形成的由c-ZrO2和一部分和一部分t-ZrO2組組成的雙相成的雙相ZrO2陶瓷，其中陶瓷，其中c-ZrO2相是穩(wěn)定的，而相是穩(wěn)定的，而t-ZrO2相是亞穩(wěn)定的，相是亞穩(wěn)定的，在外力作用下有可能誘發(fā)在外力作用下有可能誘發(fā)tm的轉變，從而起

17、到增韌作用。的轉變，從而起到增韌作用。 Mg-PSZ是最重要的部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷。一般是將含摩爾分數(shù)是最重要的部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷。一般是將含摩爾分數(shù)6%10%MgO的的ZrO2粉體成型后于粉體成型后于17001850（立方相區(qū)）燒結，控（立方相區(qū)）燒結，控制冷卻速度快速冷卻至制冷卻速度快速冷卻至 c + t 雙相區(qū)后等溫時效；或直接冷卻至室溫后雙相區(qū)后等溫時效；或直接冷卻至室溫后在進行時效處理，使在進行時效處理，使 t 相在過飽和相在過飽和 c 相中析出。相中析出。 Mg-PSZ陶瓷分為兩類：一類是在陶瓷分為兩類：一類是在14001500處理后得到的高強型，處理后得到的高強型，抗彎強度為抗彎強

18、度為800MPa，斷裂韌性為，斷裂韌性為10MPa m1/2；另一類使在；另一類使在1100處理處理得到的抗熱震型，抗彎強度為得到的抗熱震型，抗彎強度為600MPa，斷裂韌性為，斷裂韌性為815MPa m1/2。(2)、TZP（Tetragonal Zirconia Polycrystals）由細晶粒的四方相組成的致密的氧化鋯陶瓷。由細晶粒的四方相組成的致密的氧化鋯陶瓷。TZP可以看成是可以看成是PSZ的一個分支，它在的一個分支，它在 t 相區(qū)燒結，冷卻過程中不發(fā)生相變，室溫下保持全相區(qū)燒結，冷卻過程中不發(fā)生相變，室溫下保持全部或大部分部或大部分 t 相相。按穩(wěn)定劑區(qū)分可以分為按穩(wěn)定劑區(qū)分可以

19、分為Y-TZP、Ce-TZP等。等。TZP具有高強高韌的特性，抗彎強度可達具有高強高韌的特性，抗彎強度可達10002500MPa，斷裂韌，斷裂韌性可達性可達1020MPa m1/2；耐磨性好、硬度高、導熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)；耐磨性好、硬度高、導熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)（12 10-6 K-1）與鐵及鐵合金相匹配等優(yōu)點。）與鐵及鐵合金相匹配等優(yōu)點。主要問題：主要問題：存在著低溫老化（在存在著低溫老化（在300500長期時效性能惡化）和高溫失效長期時效性能惡化）和高溫失效（在接近相轉變溫度時性能迅速下降）的問題。（在接近相轉變溫度時性能迅速下降）的問題。3、莫來石陶瓷（、莫來石陶瓷（3Al2O32Si

20、O2, Mullite）以莫來石為主晶相的陶瓷材料。莫來石是以莫來石為主晶相的陶瓷材料。莫來石是Al2O3SiO2系中唯一穩(wěn)定系中唯一穩(wěn)定的二元化合物，其組成在的二元化合物，其組成在3Al2O32SiO2到到2Al2O3SiO2之間變化，之間變化， 3Al2O32SiO2為化學計量莫來石。為化學計量莫來石。莫來石屬于斜方晶系，由硅氧四面體有規(guī)則、交替連接成雙鏈式的莫來石屬于斜方晶系，由硅氧四面體有規(guī)則、交替連接成雙鏈式的硅鋁氧結構團，由六配位的鋁離子把一條條雙鏈連接起來，構成莫來石硅鋁氧結構團，由六配位的鋁離子把一條條雙鏈連接起來，構成莫來石整體結構。整體結構。因莫來石是一種不飽和的具有有序分

21、布氧空位的網絡結構，其結構因莫來石是一種不飽和的具有有序分布氧空位的網絡結構，其結構空隙大、比較疏松，因而具有許多獨特的性能，如較低的熱膨脹系數(shù)、空隙大、比較疏松，因而具有許多獨特的性能，如較低的熱膨脹系數(shù)、低熱導率和熱容、低彈性模量等，因而具有良好的絕熱和抗熱震性及耐低熱導率和熱容、低彈性模量等，因而具有良好的絕熱和抗熱震性及耐腐蝕性。高純莫來石還表現(xiàn)出低的蠕變特性。因此是制備莫來石質窯具腐蝕性。高純莫來石還表現(xiàn)出低的蠕變特性。因此是制備莫來石質窯具的極佳材料。的極佳材料。3、莫來石陶瓷（、莫來石陶瓷（3Al2O32SiO2, mullite）莫來石一般是由人工合成的。工業(yè)上多用天然高鋁礬土

22、、粘土或工莫來石一般是由人工合成的。工業(yè)上多用天然高鋁礬土、粘土或工業(yè)氧化鋁等為原料，常用燒結或電熔法合成莫來石熔塊，然后破碎成各業(yè)氧化鋁等為原料，常用燒結或電熔法合成莫來石熔塊，然后破碎成各種粒度的莫來石粉料。一般合成溫度高于種粒度的莫來石粉料。一般合成溫度高于1700。實驗室一般用化學法（如實驗室一般用化學法（如Sol-gel法）合成高純、超細的莫來石粉體。法）合成高純、超細的莫來石粉體。莫來石質陶瓷通常是在莫來石質陶瓷通常是在15501600下常壓燒結而成，純莫來石陶下常壓燒結而成，純莫來石陶瓷通常要在瓷通常要在1750左右才能燒結。左右才能燒結。莫來石陶瓷的主要性能莫來石陶瓷的主要性能

23、 特性特性數(shù)據數(shù)據密度密度, g/cm33.163.23熔點熔點, 1890 10楊氏模量楊氏模量, GPa200220硬度硬度67介電常數(shù)介電常數(shù)7熱導率熱導率, J/mK5.0熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù), K-1(251500)5.5 10-6泊松比泊松比0.2380.2764、氮化硅陶瓷（、氮化硅陶瓷（Si3N4, silicon nitride）以以Si3N4為主晶相的陶瓷材料。為主晶相的陶瓷材料。Si3N4有兩種晶型，有兩種晶型， -Si3N4和和 -Si3N4，均屬于六方晶系，兩者都是，均屬于六方晶系，兩者都是由由SiO4四面體共頂連接而成的三維空間網狀結構。四面體共頂連接而成的三維空間

24、網狀結構。 -相在高溫下相在高溫下（1650）可轉變?yōu)椋┛赊D變?yōu)?-相。相。 -Si3N4多為等軸狀晶粒，有利于材料的硬多為等軸狀晶粒，有利于材料的硬度和耐磨性；度和耐磨性； -Si3N4多為長柱狀晶粒，有利于材料的強度和韌性。多為長柱狀晶粒，有利于材料的強度和韌性。Si3N4是共價鍵很強的化合物，原子自擴散系數(shù)非常小，很難燒結。是共價鍵很強的化合物，原子自擴散系數(shù)非常小，很難燒結。因此常常用兩種方法達到其燒結致密化：一是加入燒結助劑（如因此常常用兩種方法達到其燒結致密化：一是加入燒結助劑（如MgO、Al2O3、Y2O3、La2O3、AlN等），在高溫下發(fā)生低共熔反應，形成液相，等），在高溫下

25、發(fā)生低共熔反應，形成液相，促進燒結；另一種是常用壓力輔助燒結，如熱壓燒結促進燒結；另一種是常用壓力輔助燒結，如熱壓燒結(HP)、氣壓燒結、氣壓燒結(GPS)、熱等靜壓燒結、熱等靜壓燒結(HIP)等。等。賽隆陶瓷（賽隆陶瓷（Sialon）在在Si3N4結構中固溶一定數(shù)量的結構中固溶一定數(shù)量的Al和和O形成的以形成的以Si-Al-O-N為主要元素為主要元素的的Si3N4固溶體。固溶體。根據結構和組分的不同，可分為根據結構和組分的不同，可分為 -Sialon、-Sialon和和O -Sialon等。等。 -Sialon是是 -Si3N4固溶體，其化學通固溶體，其化學通式為式為Si6-zAlzOzN8

26、-z（0 z Em（Ew 、Em分別為晶須、基體的彈性模分別為晶須、基體的彈性模量），則晶須既可起到補強效果，又可起到增韌效果；量），則晶須既可起到補強效果，又可起到增韌效果；如果如果Ew Em ，則晶須的主要作用是增韌。，則晶須的主要作用是增韌。v 熱膨脹系數(shù)的匹配熱膨脹系數(shù)的匹配晶須與基體之間熱膨脹系數(shù)的匹配，主要影響了晶須基體之晶須與基體之間熱膨脹系數(shù)的匹配，主要影響了晶須基體之間的殘余應力狀態(tài)，從而影響了復合材料的力學性能。間的殘余應力狀態(tài)，從而影響了復合材料的力學性能。Selsing殘余應力模型殘余應力模型 ：12121)(wwmmwmrEET LwrwwmET2()式中，式中， r

27、 r和和 L L分別是晶須徑向和軸向所受的殘余熱應力分別是晶須徑向和軸向所受的殘余熱應力 m、Em和和 m分別為基體的熱膨脹系數(shù)、彈性模量和泊松比，分別為基體的熱膨脹系數(shù)、彈性模量和泊松比， w、Ew和和 w分別為晶須的熱膨脹系數(shù)、彈性模量和泊松比，分別為晶須的熱膨脹系數(shù)、彈性模量和泊松比， T為溫差為溫差 對于不同的晶須和基體，熱膨脹系數(shù)的匹配問題可能存在對于不同的晶須和基體，熱膨脹系數(shù)的匹配問題可能存在著以下幾種情況：著以下幾種情況： (1)、沿晶須長度方向的沿晶須長度方向的為正為正。在這種情況下，基體的收縮大，晶須。在這種情況下，基體的收縮大，晶須通過界面沿晶須方向在基體一側產生張應力。

28、此張應力如超過基體的抗拉強通過界面沿晶須方向在基體一側產生張應力。此張應力如超過基體的抗拉強度時，在垂直于軸向發(fā)生微細裂紋，直至形成網狀裂紋結構。度時，在垂直于軸向發(fā)生微細裂紋，直至形成網狀裂紋結構。(2)、沿晶須長度方向沿晶須長度方向為負為負。在這種情況下，根據晶須與基體的結合。在這種情況下，根據晶須與基體的結合狀態(tài)，存在著兩種情況：一種是若晶須與基體界面結合十分緊密，則沿晶須狀態(tài)，存在著兩種情況：一種是若晶須與基體界面結合十分緊密，則沿晶須軸向方向基體受壓應力作用，晶須受拉應力作用，這可導致材料的強度增加。軸向方向基體受壓應力作用，晶須受拉應力作用，這可導致材料的強度增加。此時，復合材料的

29、最大強度則依賴于晶須的斷裂強度。但是在另一種情況下，此時，復合材料的最大強度則依賴于晶須的斷裂強度。但是在另一種情況下，如果晶須基體的界面的結合強度不夠大，則在界面上就會產生剪切滑動。如果晶須基體的界面的結合強度不夠大，則在界面上就會產生剪切滑動。(3)、沿晶須直徑方向沿晶須直徑方向為正為正。在這種情況下，晶須與基體的界面承受。在這種情況下，晶須與基體的界面承受壓應力。這種情況一般與壓應力。這種情況一般與(1)同時進行。同時進行。(4)、沿晶須直徑方向沿晶須直徑方向為負為負。在這種情況下，界面承受張應力，在界。在這種情況下，界面承受張應力，在界面處易產生剝離而形成空隙。面處易產生剝離而形成空隙

30、。mw良好的晶須與基體的熱匹配應該是：良好的晶須與基體的熱匹配應該是： 二者的熱膨脹系數(shù)應盡可能接近或晶須稍大于基體。二者的熱膨脹系數(shù)應盡可能接近或晶須稍大于基體。 v 晶須和基體材料的化學相容性晶須和基體材料的化學相容性晶須和基體之間的化學作用主要是指晶須和基體之間在界面上晶須和基體之間的化學作用主要是指晶須和基體之間在界面上的化學反應。的化學反應。如果晶須和基體之間存在著化學反應，則形成的界面層將是和如果晶須和基體之間存在著化學反應，則形成的界面層將是和晶須、基體都不同的新相。這種界面結合一般都是比較強的，不利晶須、基體都不同的新相。這種界面結合一般都是比較強的，不利于晶須基體界面的解離和

31、晶須的增韌作用；于晶須基體界面的解離和晶須的增韌作用；如果形成的新界面相與反應物的體積、熱膨脹系數(shù)不同，則在如果形成的新界面相與反應物的體積、熱膨脹系數(shù)不同，則在界面上就會存在殘余應力，影響界面的剪切強度。界面上就會存在殘余應力，影響界面的剪切強度。晶須和基體之間的化學反應還可能使晶須的性能下降。因而在晶須和基體之間的化學反應還可能使晶須的性能下降。因而在大多數(shù)情況下，晶須和基體之間界面的化學反應都是不利的，應該大多數(shù)情況下，晶須和基體之間界面的化學反應都是不利的，應該設法避免。設法避免。 界面的化學相容性可以通過熱力學方法進行分析判斷。界面的化學相容性可以通過熱力學方法進行分析判斷。 幾種常

32、見的晶須補強的多相復合陶瓷材料界面可能發(fā)生的化學反應的熱力學計算結果幾種常見的晶須補強的多相復合陶瓷材料界面可能發(fā)生的化學反應的熱力學計算結果 v 晶須和基體之間界面的設計和調控晶須和基體之間界面的設計和調控晶須和基體之間界面的結合狀態(tài)直接影響了晶須的增韌補強作用，晶須和基體之間界面的結合狀態(tài)直接影響了晶須的增韌補強作用，因此對復合材料的性能起了一個重要的決定作用。因此對復合材料的性能起了一個重要的決定作用。界面結合太強，晶須對補強有貢獻但無增韌效果，呈脆性斷裂特性。界面結合太強，晶須對補強有貢獻但無增韌效果，呈脆性斷裂特性。界面結合力太弱，晶須不能有效地承擔外界負載，既無補強又無增韌界面結合

33、力太弱，晶須不能有效地承擔外界負載，既無補強又無增韌效果。只有當界面結合力適當時，界面才能有效地將載荷由基體傳遞效果。只有當界面結合力適當時，界面才能有效地將載荷由基體傳遞給晶須，晶須給晶須，晶須/基體界面發(fā)生適當?shù)慕怆x，進而晶須才能起到明顯的增基體界面發(fā)生適當?shù)慕怆x，進而晶須才能起到明顯的增韌補強作用。韌補強作用。界面的結合狀態(tài)與基體和晶須本身的特性、二者之間的物理和化學界面的結合狀態(tài)與基體和晶須本身的特性、二者之間的物理和化學相容性、以及晶須表面特性等因素有關。另外，晶界和界面的組成也相容性、以及晶須表面特性等因素有關。另外，晶界和界面的組成也嚴重地影響了界面的結合狀態(tài)和晶須的增韌補強效果

34、。嚴重地影響了界面的結合狀態(tài)和晶須的增韌補強效果。界面調控一般包括以下三方面內容：界面調控一般包括以下三方面內容： (1). 助燒劑的選擇和優(yōu)化；助燒劑的選擇和優(yōu)化； (2). 晶須的表面狀態(tài)和處理；晶須的表面狀態(tài)和處理； (3). 界面的結晶化處理。界面的結晶化處理。參見參見第四章第六節(jié)第四章第六節(jié) 晶須增韌陶瓷基復合材料晶須增韌陶瓷基復合材料v 陶瓷材料的脆性本質陶瓷材料的脆性本質 由于陶瓷材料的分子排列和化學鍵性質，決定了陶瓷材由于陶瓷材料的分子排列和化學鍵性質，決定了陶瓷材料中的晶粒位錯密度低、滑移系統(tǒng)少、裂紋的成核和生長料中的晶粒位錯密度低、滑移系統(tǒng)少、裂紋的成核和生長的能量小，從而

35、決定了陶瓷材料的脆性本質。的能量小，從而決定了陶瓷材料的脆性本質。 2、脆性本質和強韌化機理、脆性本質和強韌化機理(1)、陶瓷材料的脆性本質及其克服辦法、陶瓷材料的脆性本質及其克服辦法 v 克服陶瓷材料的脆性的辦法克服陶瓷材料的脆性的辦法在臨界應力下，陶瓷材料的裂紋失穩(wěn)擴展的斷裂條件為：在臨界應力下，陶瓷材料的裂紋失穩(wěn)擴展的斷裂條件為： CKYCEYICif121式中，式中，Y裂紋形狀因子，裂紋形狀因子，E彈性模量，彈性模量，C裂紋源尺寸，裂紋源尺寸， i斷裂能，斷裂能，KIC斷裂韌性。斷裂韌性。 在低于臨界應力以下時，裂紋仍能緩慢地擴展（慢裂紋擴展，在低于臨界應力以下時，裂紋仍能緩慢地擴展（

36、慢裂紋擴展，Slow Crack Growth，簡稱，簡稱SCG過程）。慢裂紋擴展的速率可表示為：過程）。慢裂紋擴展的速率可表示為： nIAKdtdc式中，式中，A A、n n均為與環(huán)境有關的常數(shù)，均為與環(huán)境有關的常數(shù)，K KI I為應力場強度因子。為應力場強度因子。 陶瓷材料的斷裂韌性為：陶瓷材料的斷裂韌性為： KEICi2因而，要想獲得高韌性的陶瓷，必須提高彈性模量（因而，要想獲得高韌性的陶瓷，必須提高彈性模量（E E）和斷裂）和斷裂能（能（ i i）。）。采用高彈性模量的晶須有利于提高復合材料的彈性模量，但是彈采用高彈性模量的晶須有利于提高復合材料的彈性模量，但是彈性模量的提高是很有限的

37、，而且彈性模量是顯微結構不敏感的參數(shù)，性模量的提高是很有限的，而且彈性模量是顯微結構不敏感的參數(shù)，因此實現(xiàn)高韌化的主要途徑是盡可能地設法提高斷裂能（因此實現(xiàn)高韌化的主要途徑是盡可能地設法提高斷裂能（ i i）。）。 增韌的本質就是要在材料中引進吸收斷裂能量的機制，降低裂紋增韌的本質就是要在材料中引進吸收斷裂能量的機制，降低裂紋擴展的動力，增加裂紋擴展的阻力。目前所采用的增韌手段均是基于擴展的動力，增加裂紋擴展的阻力。目前所采用的增韌手段均是基于上式，設法增加斷裂過程中消耗的能量，同時增加斷裂面的粗糙度，上式，設法增加斷裂過程中消耗的能量，同時增加斷裂面的粗糙度，提高提高 值。值。 斷裂能（斷裂

38、能（ i i）可以表示為：）可以表示為： )(etcDAEpsi式中，式中， s增加新的平坦表面的表面能，增加新的平坦表面的表面能， p裂紋尖端塑性變形消耗的能量，裂紋尖端塑性變形消耗的能量， AE斷裂時聲響消耗的能量，斷裂時聲響消耗的能量， D裂紋擴展或振動、光、熱等消耗的動能，裂紋擴展或振動、光、熱等消耗的動能， etc其它消耗的能量，其它消耗的能量， 不平坦斷面的修正系數(shù)。不平坦斷面的修正系數(shù)。 (2)、陶瓷材料的強韌化機理、陶瓷材料的強韌化機理 參見參見第三章第三章 復合原理復合原理v 纖維（或晶須）橋聯(lián)（纖維（或晶須）橋聯(lián)（bridging）v 纖維（或晶須）拔出（纖維（或晶須）拔出

39、（pull-out)v 裂紋偏轉（裂紋偏轉（crack deflection）v 顆粒釘扎（顆粒釘扎（pinning）v 延性顆粒的塑性變形（延性顆粒的塑性變形（plastic deformation）v 微裂紋增韌（微裂紋增韌（microcracking）v 相變增韌（相變增韌（phase transformation）v 協(xié)同增韌（協(xié)同增韌（synergistic toughening）四、陶瓷基復合材料的制備技術四、陶瓷基復合材料的制備技術1、料漿浸滲、料漿浸滲-熱壓燒結法熱壓燒結法2、直接氧化沉積法、直接氧化沉積法3、化學氣相浸滲法、化學氣相浸滲法4、先驅轉化法、先驅轉化法5、反應性熔

40、體浸滲法、反應性熔體浸滲法6、定向凝固法、定向凝固法 1、料漿浸滲、料漿浸滲-熱壓燒結法熱壓燒結法（Slurry Infiltration and Hot-Pressing） 工藝流程：工藝流程：纖維處理纖維處理浸涂料漿浸涂料漿纏繞成布纏繞成布預制片預制片疊層成型疊層成型熱壓燒結熱壓燒結料漿浸滲熱壓燒結法的優(yōu)點：料漿浸滲熱壓燒結法的優(yōu)點：v 燒結時間短，制造成本低燒結時間短，制造成本低v 復合材料的致密度和性能高復合材料的致密度和性能高v 尤其適合纖維增強的玻璃和玻璃陶瓷基復合材料尤其適合纖維增強的玻璃和玻璃陶瓷基復合材料v 復合材料的結構和形狀受限復合材料的結構和形狀受限v 復合材料的高度和

41、尺寸受限復合材料的高度和尺寸受限v 不適合于固相燒結的材料體系不適合于固相燒結的材料體系不足之處：不足之處：2、直接氧化沉積法、直接氧化沉積法 （Direct Oxidating Deposition ） 利用熔融金屬氧化來制備陶瓷基復合材料的一種方法，這種工藝利用熔融金屬氧化來制備陶瓷基復合材料的一種方法，這種工藝最早是由美國最早是由美國Lanxide公司發(fā)明的，故又稱公司發(fā)明的，故又稱LANXIDE法，其制品已經法，其制品已經用作坦克防護裝甲材料。用作坦克防護裝甲材料。 它是將纖維預制體置于熔融金屬上，金屬液一面在虹吸作用下浸它是將纖維預制體置于熔融金屬上，金屬液一面在虹吸作用下浸漬到預制

42、體中，另一面在漬到預制體中，另一面在12001400 C的高溫下被空氣氧化生成陶瓷，的高溫下被空氣氧化生成陶瓷，沉積和包裹在纖維周圍，而形成纖維增韌陶瓷基復合材料。沉積和包裹在纖維周圍，而形成纖維增韌陶瓷基復合材料。料漿浸滲熱壓燒結法的優(yōu)點：料漿浸滲熱壓燒結法的優(yōu)點：v 工藝相對簡單工藝相對簡單v 對纖維損傷小，對纖維損傷小，v 可以制備復雜形狀的零部件可以制備復雜形狀的零部件v 不可避免地有金屬殘存，影響材料的高溫性能；不可避免地有金屬殘存，影響材料的高溫性能；v 只限于制備氧化鋁基陶瓷和抗高溫氧化性強的纖只限于制備氧化鋁基陶瓷和抗高溫氧化性強的纖維材料維材料不足之處：不足之處：3、化學氣相

43、浸滲法、化學氣相浸滲法(Chemical Vapor Infiltration，簡稱，簡稱CVI法）法）定義：定義： 在在CVI過程中，反應物是以氣體的形式存在，能滲入過程中，反應物是以氣體的形式存在，能滲入到纖維預制體的內部發(fā)生化學反應，并原位進行氣相沉積到纖維預制體的內部發(fā)生化學反應，并原位進行氣相沉積在纖維表面形成在纖維表面形成SiC基體。基體。 發(fā)展歷程：發(fā)展歷程：v CVI法起源于二十世紀六十年代中期，是在化學氣相沉積法（法起源于二十世紀六十年代中期，是在化學氣相沉積法（CVD法）方法基礎上發(fā)展起來的一種制備陶瓷基復合材料的新方法。法）方法基礎上發(fā)展起來的一種制備陶瓷基復合材料的新方

44、法。v 1962年由年由Bickerdike等人提出了等人提出了CVI法之后，首先成功地應用于法之后，首先成功地應用于C/C復合材料的制造；復合材料的制造；v 七十年代初期，七十年代初期，F(xiàn)itzer和和Naslain分別在德國分別在德國Karsruhe大學和法國大學和法國Bordeaux大學利用大學利用CVI法進行法進行SiC陶瓷基復合材料的制備；陶瓷基復合材料的制備；v 1984年年Lackey在美國在美國Oak Ridge國家實驗室（國家實驗室（ORNL）提出了）提出了FCVI（Forced CVI）法制備陶瓷基復合材料；）法制備陶瓷基復合材料；v 有關有關CVI基礎理論和模型的研究直到

45、二十世紀八十年代后期才開展?；A理論和模型的研究直到二十世紀八十年代后期才開展。v 從二十世紀九十年代開始西北工業(yè)大學等單位開展了系統(tǒng)深入的研從二十世紀九十年代開始西北工業(yè)大學等單位開展了系統(tǒng)深入的研究工作。究工作。 典型的典型的CVI設備系統(tǒng)設備系統(tǒng)示意圖示意圖 確定化學氣相浸滲系統(tǒng)時考慮的因素包括：確定化學氣相浸滲系統(tǒng)時考慮的因素包括：v工藝參數(shù)：溫度、壓強以及輸入氣體的成分。工藝參數(shù)：溫度、壓強以及輸入氣體的成分。v系統(tǒng)化學：在反應時可能形成的化學物質的成分，熱力學和動力系統(tǒng)化學：在反應時可能形成的化學物質的成分，熱力學和動力學特性以及反應機理。學特性以及反應機理。v質量傳輸特性：氣體的

46、擴散、熱對流和強制對流。質量傳輸特性：氣體的擴散、熱對流和強制對流。v氣流特性：氣流動類型、流場、粘度和速率。氣流特性：氣流動類型、流場、粘度和速率。 v 能在較低溫度進行高溫材料的制備，能在較低溫度進行高溫材料的制備，SiC陶瓷材料的燒結溫度通常陶瓷材料的燒結溫度通常高達高達2000以上，而采用以上，而采用CVI法則能在法則能在9001100的溫度下制備的溫度下制備出高純度和高致密度的出高純度和高致密度的SiC陶瓷：陶瓷： CH3SiCl3(v)excess H2(v)SiC(s)+3HCl(v)+excess H2(v) v 能制備出硅化物、碳化物、硼化物、氮化物和氧化物等多種陶瓷材能制備

47、出硅化物、碳化物、硼化物、氮化物和氧化物等多種陶瓷材料，并能實現(xiàn)微觀尺度上化學成份的設計與制造。料，并能實現(xiàn)微觀尺度上化學成份的設計與制造。v 能制備出形狀復雜、近凈尺寸能制備出形狀復雜、近凈尺寸(near-net-shape)和纖維體積分數(shù)高（和纖維體積分數(shù)高（Vf60%）的復合材料部件。）的復合材料部件。v 制備過程中由于沒有機械載荷的作用，纖維的性能損傷程度小。制備過程中由于沒有機械載荷的作用，纖維的性能損傷程度小。CVI的突出優(yōu)點是：的突出優(yōu)點是：v 生產周期長，生產周期長，v 復合材料的致密度不高（通常都存在復合材料的致密度不高（通常都存在1015的孔隙率）。的孔隙率）。 CVI的主

48、要缺點是：的主要缺點是：CVI法制備的法制備的Cf/SiC陶瓷基復合材料的顯微結構陶瓷基復合材料的顯微結構4、先驅轉化法、先驅轉化法(Polymer Impregnation Pyrolysis，簡稱，簡稱PIP法法) 定義：定義： 先驅轉化法是以有機聚合物先驅體先驅轉化法是以有機聚合物先驅體(如聚碳硅烷如聚碳硅烷)溶解或溶解或熔化后，在真空氣壓的作用下浸漬到纖維預制體內部，熔化后，在真空氣壓的作用下浸漬到纖維預制體內部，然后經過干燥或交聯(lián)固化，再經過高溫處理使有機聚合物然后經過干燥或交聯(lián)固化，再經過高溫處理使有機聚合物熱解轉化制備陶瓷熱解轉化制備陶瓷(碳化硅碳化硅)。對先驅體的基本要求：對先

49、驅體的基本要求：v 可操作性：可操作性：在常溫下應為液態(tài)，或在常溫下雖為固態(tài)，但可溶、可熔，在常溫下應為液態(tài)，或在常溫下雖為固態(tài)，但可溶、可熔，在將其作為先驅體使用的工藝過程中（如浸漬、紡絲、作陶瓷膠粘劑、在將其作為先驅體使用的工藝過程中（如浸漬、紡絲、作陶瓷膠粘劑、作涂層等）具有適當?shù)牧鲃有?；作涂層等）具有適當?shù)牧鲃有?；v 室溫下性質穩(wěn)定：室溫下性質穩(wěn)定：長期放置不發(fā)生交聯(lián)變性，最好能在潮濕和氧化環(huán)長期放置不發(fā)生交聯(lián)變性，最好能在潮濕和氧化環(huán)境下保存；境下保存；v 陶瓷轉化率高：陶瓷轉化率高：陶瓷轉化率指的是從參加裂解的有機聚合物中獲得陶陶瓷轉化率指的是從參加裂解的有機聚合物中獲得陶瓷的比例

50、，以大于瓷的比例，以大于80為好，應不低于為好，應不低于50。v 容易獲得且價格低廉，聚合物的合成工藝簡單，產率高容易獲得且價格低廉，聚合物的合成工藝簡單，產率高；v 裂解產物和副產物均無毒，也不致有其他危險性。裂解產物和副產物均無毒，也不致有其他危險性。 PIP法的主要特點是：法的主要特點是：v 先驅有機聚合物具有可設計性：先驅有機聚合物具有可設計性：能夠對先驅有機聚合物的組成、結構進行設計能夠對先驅有機聚合物的組成、結構進行設計與優(yōu)化，從而實現(xiàn)對陶瓷及陶瓷基復合材料的可設計性。與優(yōu)化，從而實現(xiàn)對陶瓷及陶瓷基復合材料的可設計性。v 可對復合材料的增強體與基體實現(xiàn)理想的復合：可對復合材料的增強

51、體與基體實現(xiàn)理想的復合：在先驅有機聚合物轉化成在先驅有機聚合物轉化成陶瓷的過程中，其結構經歷了從有機線型結構到三維有機網絡結構，從三維有機網絡陶瓷的過程中，其結構經歷了從有機線型結構到三維有機網絡結構，從三維有機網絡結構到三維無機網絡結構，進而到陶瓷納米微晶結構的轉變，因而通過改變工藝條件結構到三維無機網絡結構，進而到陶瓷納米微晶結構的轉變，因而通過改變工藝條件對不同的轉化階段實施檢測與控制，有可能獲得陶瓷基體與增強體間的理想復合。對不同的轉化階段實施檢測與控制，有可能獲得陶瓷基體與增強體間的理想復合。v 良好的工藝性：良好的工藝性：先驅有機聚合物具有樹脂材料的一般共性，如可溶、可熔、可交先驅

52、有機聚合物具有樹脂材料的一般共性，如可溶、可熔、可交聯(lián)、固化等。利用這些特性，可以在陶瓷及陶瓷基復合材料制備的初始工序中借鑒與聯(lián)、固化等。利用這些特性，可以在陶瓷及陶瓷基復合材料制備的初始工序中借鑒與引用某些塑料和樹脂基復合材料的成型工藝技術，再通過燒結制成陶瓷和陶瓷基復合引用某些塑料和樹脂基復合材料的成型工藝技術，再通過燒結制成陶瓷和陶瓷基復合材料的各種構件。它便于制備增強體單向、二維或三維配置與分布的纖維增強復合材材料的各種構件。它便于制備增強體單向、二維或三維配置與分布的纖維增強復合材料。浸漬先驅有機聚合物的增強體預制件，在未燒結之前具有可加工性，通過車、削、料。浸漬先驅有機聚合物的增強

53、體預制件，在未燒結之前具有可加工性，通過車、削、磨、鉆孔等機械加工技術能夠方便地修整其形狀和尺寸。磨、鉆孔等機械加工技術能夠方便地修整其形狀和尺寸。v 燒結溫度低：燒結溫度低：先驅有機聚合物轉化為陶瓷的燒結溫度遠遠低于相同成分的陶瓷粉末先驅有機聚合物轉化為陶瓷的燒結溫度遠遠低于相同成分的陶瓷粉末燒結的溫度。燒結的溫度。 先驅體轉化法也存在一些缺點：先驅體轉化法也存在一些缺點：v 先驅體在干燥（或交聯(lián)固化）和熱解過程中，由于溶劑和低分子先驅體在干燥（或交聯(lián)固化）和熱解過程中，由于溶劑和低分子組分的揮發(fā)，導致基體的收縮率很大，微結構不致密，并有伴生組分的揮發(fā)，導致基體的收縮率很大，微結構不致密，并

54、有伴生裂紋出現(xiàn)；裂紋出現(xiàn)；v 受先驅體轉化率的限制，為了獲得密度較高的陶瓷基復合材料，受先驅體轉化率的限制，為了獲得密度較高的陶瓷基復合材料，必須經過反復浸漬熱解，工藝成本較高；必須經過反復浸漬熱解，工藝成本較高；v 很難獲得高純度和化學計量的陶瓷基體很難獲得高純度和化學計量的陶瓷基體 聚碳硅烷的熱解轉化過程：聚碳硅烷的熱解轉化過程： 聚碳硅烷（聚碳硅烷（polycarbosilane，簡記為，簡記為PCS）通過裂解可以轉化為碳化硅。通過裂解可以轉化為碳化硅。 v 200350 低分子量物質蒸發(fā)；低分子量物質蒸發(fā)；v 300500 發(fā)生去氫或去氫縮合反應；發(fā)生去氫或去氫縮合反應；v 55085

55、0 側鏈基團降解，形成無定形三維網絡結構；側鏈基團降解，形成無定形三維網絡結構；v 8501050 形成無定形網狀結構的反應結束；形成無定形網狀結構的反應結束；v 10501300 出現(xiàn)平均晶粒尺寸為出現(xiàn)平均晶粒尺寸為2nm的的 -SiC結晶，同時生成游結晶，同時生成游離碳及離碳及 -SiO2；v 13001600 -SiC晶粒長大，晶粒長大，Si-O鍵含量下降。鍵含量下降。 不同溫度下處理的溫度下處理的PCS的XRD譜 5、反應性熔體浸滲法、反應性熔體浸滲法 (Reactive Melt Infiltration，簡稱，簡稱RMI法法) 起源于多孔體的封填和金屬基復合材料的制備。起源于多孔體

56、的封填和金屬基復合材料的制備。 在采用在采用RMI法制備法制備SiC陶瓷基復合材料過程中，將金屬陶瓷基復合材料過程中，將金屬Si熔化后，在毛細管力的作用下熔化后，在毛細管力的作用下Si熔體滲入到以多孔熔體滲入到以多孔C材料材料內部，并同時與基體碳發(fā)生化學反應生成內部，并同時與基體碳發(fā)生化學反應生成SiC陶瓷基體。陶瓷基體。 實例：竹木陶瓷實例：竹木陶瓷v 制備周期很短，是一種典型的低成本制造技術；制備周期很短，是一種典型的低成本制造技術；v 能夠制備出幾乎完全致密的復合材料；能夠制備出幾乎完全致密的復合材料；v 在制備過程中不存在體積變化。在制備過程中不存在體積變化。 RMI法的優(yōu)法的優(yōu)點：點

57、：v 金屬硅熔體滲入到多孔金屬硅熔體滲入到多孔C/C復合材料中在與基體碳反應的過程中，復合材料中在與基體碳反應的過程中，也不可避免地與碳纖維反應，從而造成對纖維的損傷，復合材料也不可避免地與碳纖維反應，從而造成對纖維的損傷，復合材料的力學性能較低；的力學性能較低；v 由于復合材料內部一定量的游離由于復合材料內部一定量的游離Si的存在，會降低材料的高溫力學的存在，會降低材料的高溫力學性能。性能。 RMI法的缺點：法的缺點：6、定向凝固法、定向凝固法 (Directional Solidification，簡稱，簡稱DS法法) 定向凝固法通常用于自生復合材料的制備。定向凝固法通常用于自生復合材料的

58、制備。 自生復合材料是利用材料體系中的不同組元晶體生長的特點，在特自生復合材料是利用材料體系中的不同組元晶體生長的特點，在特定的燒結工藝條件下獲得具有類似纖維狀增強相，這類復合材料的增定的燒結工藝條件下獲得具有類似纖維狀增強相，這類復合材料的增強相和基體之間存在天然的物理化學相容性，是一種很有發(fā)展前途的強相和基體之間存在天然的物理化學相容性，是一種很有發(fā)展前途的復合材料。復合材料。 應用特設裝置，使熔體沿固定方向順序凝固的過程，其條件是要保應用特設裝置，使熔體沿固定方向順序凝固的過程，其條件是要保證熱流只向著凝固界面推移的逆方向傳輸。證熱流只向著凝固界面推移的逆方向傳輸。 實例：定向凝固共晶陶

59、瓷自生復合材料（實例：定向凝固共晶陶瓷自生復合材料（Directional solidified eutectic ceramic in-situ composites)（a）懸浮區(qū)域法）懸浮區(qū)域法 （b）改進的）改進的Bridgman方法方法 （c）邊界外延生長法（）邊界外延生長法（EFG）(q表示能量輸入，表示能量輸入，v表示運動方向表示運動方向)定向凝固陶瓷自生復合材料的制備方法定向凝固陶瓷自生復合材料的制備方法v 定向凝固自生復合材料是指在定向凝固過程中，增強相和基體直接定向凝固自生復合材料是指在定向凝固過程中，增強相和基體直接從準熱力學平衡條件下的液相中生長出來的復合材料，因而具有很

60、從準熱力學平衡條件下的液相中生長出來的復合材料，因而具有很高的熱力學穩(wěn)定性；高的熱力學穩(wěn)定性；v 各組成相的擇優(yōu)取向使得材料在生長方向具有很好的強度和抗蠕變各組成相的擇優(yōu)取向使得材料在生長方向具有很好的強度和抗蠕變性；性；v 這種材料的制備可避免人工復合材料制備過程中遇到的諸如復合技這種材料的制備可避免人工復合材料制備過程中遇到的諸如復合技術、污染、濕潤和界面反應等問題，特別提到的無須使用價格昂貴術、污染、濕潤和界面反應等問題，特別提到的無須使用價格昂貴的纖維，因而具有獨特的優(yōu)越性。的纖維，因而具有獨特的優(yōu)越性。 定向凝固法的優(yōu)點：定向凝固法的優(yōu)點：v 孔洞率低，高溫組織穩(wěn)定性好，良好的界面結