硅酸盐工业进展课程论文(2)

硅酸盐工业进展课程论文

摘要：根据分类的不同，对纳米复合陶瓷材料进行了介绍，分析了其制备工艺，讨论了纳米复合陶瓷的力学性能与显微结构之间的关系，并研究了材料的强韧化机理

关键词：纳米复合陶瓷材料制备工艺显微结构

一、前言

陶瓷材料具有高的硬度、耐磨性、耐高温、耐腐蚀等其他材料无法比拟的优异性能，但脆性问题大大限制了陶瓷材料的应用发展。日本的Nihara 等首次在基体中引入纳米级的SiC 制备出纳米陶瓷复合材料，发现不仅可使基体材料的室温力学性能得到提高，而且可显著改善材料的高温性能，同时发现具有可切削加工性和超塑性。加入纳米相复合后陶瓷材料的室温强度和韧性大为提高，高温强度和抗蠕变性能也有显著改善，如加入15％纳米SiC，可使Al2O3材料的强度由350MPa 提高到1500MPa。

二、纳米复合陶瓷材料的强韧化机理

纳米复合陶瓷材料的强韧化机理纳米复合陶瓷材料中，纳米相粒子以晶内型和晶界型两种方式存在。纳米增强相颗粒细化了基体晶粒，使断裂模式由沿晶断裂变为穿晶断裂，强化了晶界，由于纳米颗粒高的硬度和强度，使裂纹偏转、弯曲，扩展路径更加曲折，消耗更多的能量，纳米颗粒对裂纹还具有钉扎作用，固定裂纹，使复合材料的性能得以提高。

2.1. 材料的显微结构

2.1.1 晶粒细化

K．Niihara 等认为纳米相的加入能抑制基体晶粒的异常长大，使基体结构均匀细化，由此使纳米复合陶瓷材料强度韧性得到显著提高。例如纳米SiC 不与Al2O3 反应，也难于移动或粗化，使晶界移动困难，从而抑制Al2O3 晶粒的长大；另外纳米SiC 的加入提高了成核浓度，在减小晶粒尺寸的同时促使晶粒大小均匀化，减小了晶粒异常长大的可能性，这种均匀细化的显微结构有利于提高材料的抗弯强度。实际上，亚晶界或微裂纹的存在使基体晶粒处于一种潜在分化状态，即纳米化效应。

2