陶瓷基复合材料-ppt课件.ppt
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1、陶瓷基复合材料1PPT课件回顾一下:u陶瓷致命缺点:陶瓷致命缺点: 脆性脆性u改善韧性的有效手段:改善韧性的有效手段: 向陶瓷材料中加入起增韧作用的第二相向陶瓷材料中加入起增韧作用的第二相u增韧机制:增韧机制: 靠纤维(靠纤维(与与对对强度和韧性的提高强度和韧性的提高产生作用。产生作用。2PPT课件p纤维增强陶瓷材料是常见的重要手段!纤维增强陶瓷材料是常见的重要手段!p按按的不同,可将其分为的不同,可将其分为复合材料复合材料复合材料。复合材料。3PPT课件 增韧陶瓷基复合材料的显著特增韧陶瓷基复合材料的显著特点是点是具有具有 即即沿纤维长度方向上的纵向性能沿纤维长度方向上的纵向性能要远远要远远
2、高于高于其横向性能其横向性能。在实际构件中,主要是使用其在实际构件中,主要是使用其。4PPT课件在在增韧陶瓷基复合材料增韧陶瓷基复合材料中,当中,当遇到纤维时遇到纤维时,这时,如果要使,这时,如果要使就必须就必须提高外加应力提高外加应力。 这一过程的示意图如下:这一过程的示意图如下:5PPT课件当当时,由于时,由于基体与纤维间基体与纤维间的的,同时又由于,同时又由于纤维的强度高于基体的强纤维的强度高于基体的强度度,从而,从而。当当达到某一临界值达到某一临界值时,会使时,会使。6PPT课件因此,因此,必须克服必须克服纤维的纤维的和和,结果就是使得,结果就是使得材料的断裂变得更为材料的断裂变得更为
3、困难困难,从而起到了,从而起到了增韧的作用增韧的作用。单向排布纤维单向排布纤维增韧陶瓷只是增韧陶瓷只是在纤维排列方向在纤维排列方向上的上的较为优越,而其较为优越,而其显著低于显著低于,所以只适用于,所以只适用于的场合。的场合。7PPT课件二、多向排布纤维增韧复合材料二、多向排布纤维增韧复合材料而许多而许多陶瓷构件陶瓷构件则要求则要求在二维及三维方向上在二维及三维方向上均具有均具有优良的性能优良的性能,这就要进一步的制备,这就要进一步的制备多向排多向排布纤维布纤维增韧陶瓷基复合材料。增韧陶瓷基复合材料。8PPT课件(1) (1) 二维多向排布纤维增韧复合材料二维多向排布纤维增韧复合材料这种复合材
4、料中,这种复合材料中,纤维的纤维的排布方式有两种排布方式有两种。9PPT课件(1) (1) 二维多向排布纤维增韧复合材料二维多向排布纤维增韧复合材料如右图所示:一种是如右图所示:一种是将纤将纤维编织成纤维布维编织成纤维布,浸渍浆料浸渍浆料后后,根据需要的厚度根据需要的厚度将将单层单层或若干层或若干层进行进行热压烧结成型热压烧结成型。这种材料这种材料曲率不宜太大曲率不宜太大10PPT课件这种材料在这种材料在性能性能优越优越,而在,而在的性能较差。的性能较差。一般应用:对一般应用:对的的构件上。构件上。(1) (1) 二维多向排布纤维增韧复合材料二维多向排布纤维增韧复合材料11PPT课件另一种是另
5、一种是,层间纤维成一层间纤维成一定角度定角度,如下图所示。,如下图所示。 这种复合材料可以根据这种复合材料可以根据用用纤维浸浆纤维浸浆缠绕的方法缠绕的方法做成所需要形状的做成所需要形状的。(1) (1) 二维多向排布纤维增韧复合材料二维多向排布纤维增韧复合材料12PPT课件的的韧化机理韧化机理与与复合材料是一样的,主要也是靠复合材料是一样的,主要也是靠与与,使其,使其大幅度提高。大幅度提高。(1) (1) 二维多向排布纤维增韧复合材料二维多向排布纤维增韧复合材料13PPT课件 增韧陶瓷增韧陶瓷是为了是为了满足某些情满足某些情况的性能要求况的性能要求而而设计的。设计的。 它是按直角坐标将多束纤维
6、分层交替编织而成。它是按直角坐标将多束纤维分层交替编织而成。 由于由于每束纤维呈直每束纤维呈直线伸展线伸展,不存在,不存在,因而使纤维,因而使纤维可以充分发挥可以充分发挥最大的结最大的结构强度构强度。14PPT课件 这种材料最初是从宇航用这种材料最初是从宇航用开始的,开始的,现已发展到现已发展到等陶瓷复合材料。等陶瓷复合材料。p这种这种编织结构编织结构可以通过可以通过参数进行设计以满足性能要求。参数进行设计以满足性能要求。15PPT课件长纤维增韧陶瓷基复合材料长纤维增韧陶瓷基复合材料虽然虽然,但,但它的它的,而且,而且纤维在基体中不易分布纤维在基体中不易分布均匀均匀。因此,近年来又发展了因此,
7、近年来又发展了、及及增增韧陶瓷基复合材料。韧陶瓷基复合材料。16PPT课件由于由于很小,从宏观上看与很小,从宏观上看与一一样,因此样,因此在制备复合材料在制备复合材料时,只需将时,只需将与与混合均匀,然后进行混合均匀,然后进行,制得,制得致密的晶须增韧陶瓷基复合材料。致密的晶须增韧陶瓷基复合材料。目前常用的晶须有目前常用的晶须有,晶须,常晶须,常用的基体则为用的基体则为, ,及及等。等。17PPT课件陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料与与等等因素有关。因素有关。观察复合材料的性能与观察复合材料的性能与之间的关系之间的关系陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷18PPT课件 )SiCw含量(含量(vol%)的变化规律则是,
8、的变化规律则是,随随SiCw含量的增加含量的增加,在,在10 vol SiCw时时,随后又有所下降,但却,随后又有所下降,但却始终高于基始终高于基体体原因:由于原因:由于,同时,同时而而,从而使,从而使,。19PPT课件 )SiCw含量(含量(vol%)由图中可知,由图中可知,的的KIC=16MPa.M1/2 , f=1400MPa。20PPT课件对对的变化规律则是,的变化规律则是,随随SiCw含量的增加单调上升。含量的增加单调上升。21PPT课件由图中可知,对由图中可知,对最佳的韧性和最佳的韧性和强度的配合强度的配合可使可使KIC=7MPa.M1/2, f=600MPa。22PPT课件因此,
9、可以看出:两种基体的因此,可以看出:两种基体的、及及均均随着随着SiCw含量的增加含量的增加而提高。而提高。 )SiCw含量(含量(vol%)23PPT课件由此可见,由此可见,SiCw对陶瓷材料对陶瓷材料。u 由于由于,因此,因此,当其含量较高时,当其含量较高时,因因其其而而使致密化变得因难使致密化变得因难,从而引起了,从而引起了密度的密度的下降并导致性能的下降下降并导致性能的下降。 为了克服这一弱点,可采用为了克服这一弱点,可采用来来制成制成复合材料,这种复合材料在复合材料,这种复合材料在及及均比晶均比晶须增强陶瓷基复合材料须增强陶瓷基复合材料要容易。要容易。24PPT课件当所用的颗粒为当所
10、用的颗粒为,时,基体材料采用时,基体材料采用最多的是最多的是,。目前,这些复合材料已广泛用来目前,这些复合材料已广泛用来制造刀具制造刀具。二、颗粒增强陶瓷基复合材料二、颗粒增强陶瓷基复合材料25PPT课件右图显示了右图显示了对对复合材复合材料性能的影响。料性能的影响。从中可以看出,在从中可以看出,在强度出现峰值。强度出现峰值。26PPT课件下图为下图为对对复合材料性能的影响复合材料性能的影响 从中可以看出,在从中可以看出,在强度及韧性达强度及韧性达到了最高值。到了最高值。27PPT课件因此,因此,对陶瓷材料的增韧对陶瓷材料的增韧均有一均有一定作用,且各有利弊。定作用,且各有利弊。的的,但,但;
11、可克服密度下降这一弱点,但其可克服密度下降这一弱点,但其。28PPT课件进一步设想:进一步设想: 若将若将与与共同使用共同使用,情况如何?,情况如何?可取长补短,达到更好的效果。可取长补短,达到更好的效果。目前,已有了这方面的研究工作,如使用目前,已有了这方面的研究工作,如使用来来共同增韧共同增韧等。等。29PPT课件观察观察Al2O3(M)+复合材料的性能随复合材料的性能随的变化情况。的变化情况。30PPT课件可以看出,随着可以看出,随着,其其与与均呈上升趋势均呈上升趋势,在,在20SiCw及及30 ZrO2(Y2O3)时时,复合材料的,复合材料的 f达达1200MPa,KIC达达10 MP
12、a.m1/2 以上。以上。这比这比单独晶须韧化单独晶须韧化的的Al2O3+SiCw复合材料的复合材料的 f =634MPa,KIC=7.5 MPa.M1/2有明显的提高,这充分有明显的提高,这充分体现了这种体现了这种。31PPT课件下表则给出了下表则给出了莫来石及其制得的复合材料的强度与韧莫来石及其制得的复合材料的强度与韧性:性:材料材料 f (Mpa)KIC (MPa.M1/2)莫来石莫来石2442.8很明显,由很明显,由与莫来石制得的复合材料要比与莫来石制得的复合材料要比单独用单独用制得的复合材料的性能好得多。制得的复合材料的性能好得多。32PPT课件10.4 陶瓷基复合材料的制备的制造分
13、为两个步骤:的制造分为两个步骤:p 第一步是将第一步是将掺入掺入未固结未固结(或粉末状或粉末状)的的中,排列整齐或混合均勾;中,排列整齐或混合均勾;p 第二步是运用第二步是运用各种加工条件各种加工条件在尽量在尽量和和的前提下,制成复合材料制品。的前提下,制成复合材料制品。 33PPT课件纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强陶瓷基复合材料的性能的性能哪些因素?哪些因素?主要有:主要有:、及及34PPT课件u从从看:看: 与与,以及一些以及一些有关。有关。u从从来看:来看: 则与则与、及其及其他他有关。有关。u 35PPT课件正因为有正因为有如此多的影响因素如此多的影响因素,所以在实际中,所以在实际中的
14、不断研究与改进,正是为了能的不断研究与改进,正是为了能获得性能更为优良的材料获得性能更为优良的材料。让我们看看目前采用的让我们看看目前采用的36PPT课件这种方法是这种方法是在陶瓷泥浆中在陶瓷泥浆中。然后。然后在在石膏模型石膏模型中。中。u 优点:这种方法比较古老,优点:这种方法比较古老,不受制品形状的限制、不受制品形状的限制、成本低成本低、工艺简单工艺简单 。u 缺点:对缺点:对提高产品性能的效果提高产品性能的效果不显著不显著!增强陶瓷基复合材料的增强陶瓷基复合材料的制作。制作。37PPT课件将将长纤维长纤维(3mm),然后,然后并与基体粉并与基体粉末末,再用,再用热压烧结的方法热压烧结的方
15、法即可制得高性能的即可制得高性能的复合材料。复合材料。u特点:特点:在与基体粉末混合时在与基体粉末混合时,但,但在冷压成型及热压烧结的过程中在冷压成型及热压烧结的过程中,短纤维,短纤维由于由于与与过程中过程中沿压力方向转动沿压力方向转动,导,导致致,产生了,产生了材料性能上一材料性能上一定程度的各向异性。定程度的各向异性。u 适用范围:适用范围:,是目前,是目前采用较多的方法。采用较多的方法。38PPT课件这种方法这种方法。首先。首先把纤维把纤维成所需形状成所需形状,然后,然后用陶瓷泥浆用陶瓷泥浆,干燥干燥后进行后进行。u优点:优点:,如,如,单向排布单向排布及及多向排布多向排布等。等。u缺点
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