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關(guān)于相變韌化和彌散韌化第一頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二
高韌性陶瓷復(fù)合材料的韌化有兩種機(jī)理:(1)過程區(qū)域機(jī)理,包括相變韌化,微裂紋韌化,孿晶韌化等;(2)橋接區(qū)域韌化,包括彌散韌化,晶須韌化,纖維韌化等。其中相變韌化和彌散韌化的效果最為明顯,有代表性的是氧化鋯增韌陶瓷。第二頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二
一、相變韌化
1.相變韌化機(jī)理氧化鋯增韌陶瓷的制得是利用陶瓷機(jī)體內(nèi)彌散的亞穩(wěn)四方氧化鋯(t-ZrO2)粒子在受到外力作用時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毖趸?m-ZrO2),吸收了能量從而提升了陶瓷的韌性。第三頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二
這類陶瓷有兩類:(1)ZrO2基陶瓷,如部分穩(wěn)定氧化鋯基體,四方氧化鋯多晶體;(2)其他陶瓷基的陶瓷,如氧化鋯增韌的a-Al2O3
陶瓷等。應(yīng)力誘導(dǎo)氧化鋯馬氏體相變韌化是t-ZrO2
的主要韌化機(jī)理。關(guān)于相變韌化機(jī)理的解釋有幾派觀點(diǎn),下面介紹Griffith解。第四頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二
第一,對(duì)于相變發(fā)生的情況由于新的裂紋表面生成給基體自由能的增加式中c---裂紋半徑
---臨界應(yīng)變能釋放率。第五頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二
第二,由于裂紋擴(kuò)展增加的應(yīng)變能與載荷做功的減少一致式中---施加拉伸應(yīng)力;
---材料彈性模量;
---材料的泊松比。第六頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二
第三,相變區(qū)附加的功式中---相變區(qū)的容積(其中R為相變區(qū)的大?。?/p>
---高溫相的體積分?jǐn)?shù);
---誘導(dǎo)相變單位體積所作的功。第七頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二綜合以上三個(gè)方面,系統(tǒng)的總能量為:移相:第八頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二因?yàn)樗允街屑礋o相變材料的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子??梢钥闯?,應(yīng)力誘導(dǎo)相變韌化對(duì)復(fù)合陶瓷斷裂韌性的貢獻(xiàn),正比于體積分?jǐn)?shù)的平方根。第九頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二二、彌散韌化彌散韌化的機(jī)理在前面討論彌散強(qiáng)化時(shí),硬質(zhì)點(diǎn)提高基體強(qiáng)度的同時(shí)會(huì)降低韌性。如果基體本身就是脆性材料,塑性區(qū)很小,那末粒子可能提高其韌性,這就是彌散韌化的出發(fā)點(diǎn)。例如,在c-ZrO2與Al2O3,t-ZrO2與Al2O3是復(fù)合陶瓷中,前已指出,應(yīng)力誘導(dǎo)ZrO2馬氏體相變韌化是t-ZrO2的主要韌化機(jī)理,而c-ZrO2的韌化機(jī)理是彌散韌化。第十頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二第十一頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二在復(fù)合陶瓷中,當(dāng)裂紋遇到第二相粒子時(shí)會(huì)避開粒子而偏轉(zhuǎn),在彌散粒子之間走“之”字,裂紋形狀和長(zhǎng)度的改變,新的斷裂表面的形成都會(huì)吸收能量,從而提高材料的韌性。裂紋遇到圓柱狀彌散粒子時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)而“之”字的示意圖如圖7-94所示
第十二頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二第十三頁(yè),共十六頁(yè),編輯于2023年,星期二2、彌散韌化的實(shí)
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