10.章-陶瓷基复合材料-1
浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点
浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点蒋永彪（贵州省机械工业学校，贵州贵阳550000）1陶瓷基复合材料分类陶瓷基复合材料，根据增强体分成两大类：连续增强的复合材料和不连续增强的复合材料，如表1所示。
其中，连续增强的复合材料包括一方向，二方向和三方向纤维增强的复合材料，也包括多层陶瓷复合材料；不连续增强的复合材料包括晶须、晶片和颗粒的第二组元增强体和自身增强体，如Si 3N 4中等轴晶的基体中分布一些晶须状β-Si 3N 4晶粒起到增韧效果。
纳米陶瓷既可以是添加纳米尺寸的增强体复合材料，也可以是自身晶粒尺寸纳米化及增强。
表1陶瓷基复合材料分类陶瓷基符合材料也可以根据基体分成氧化物基和非氧化物基符合材料。
氧化物基复合材料包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物、复合氧化物等，弱增强纤维也是氧化物，常称为全氧化物复合材料。
非氧化物基复合材料以SiC ，Si 3N 4，MoS 2基为主。
2陶瓷基复合材料的力学特性陶瓷本体具有耐高温、抗氧化、高温强度高、抗高温蠕变性好、高硬度、高耐磨损性、线膨胀系数小、耐化学腐蚀等优点，但也存在致命的弱点（脆性），它不能承受激烈的机械冲击和热冲击，这限制了它的应用。
可通过控制晶粒、相变韧化、纤维增强等手段制成复合材料，陶瓷基复合材料具有了更高的熔点、刚度、硬度和高温强度，并具有抗蠕变、疲劳极限好、高抗磨性，在高温和化学侵蚀的场合下能承受大的载荷等优点，使其在航空、航天等众多领域有着广泛的应用前景。
2.1陶瓷基复合材料的主要物理和化学性能（1）热膨胀。
复合材料有纤维、界面和基体构成，因此热膨胀的相容性是非常重要的。
虽然线膨胀系数彼此相同是最为理想的，但是几乎实现不了。
通常用线膨胀系数来表征材料的热膨胀，晶体的线膨胀系数存在各向异性，因此，线膨胀系数的各向异性造成的热应力常常是导致多晶体材料从烧结温度冷却下来即发生开裂的原因。
在陶瓷基复合材料里，一般希望增强体承压缩的残余应力，这样即使是弱界面，也不会发生界面脱黏。
陶瓷基复合材料
Ceramic-matrix
注意事项 ： （1）料浆应能与纤维表面保持良好润湿。料浆中包括：陶瓷基体粉末、 载液(通常是蒸馏水)和有机粘接剂，有时还加入某些促进剂和基体润湿 剂。为使纤维表面均匀粘附料浆，要求陶瓷粉体粒径小于纤维直径，并 能悬浮于载液和粘接剂混合的溶液中。 （2）纤维应选用容易分散的、捻数低的丝束，保持其表面清洁无污染。 在操作过程中尽量避免纤维损伤，并注意排除气泡。 （3）热压烧结应按预定规律(即热压制度)升温和加压。在热压过程中， 将发生基体颗粒重新分布、烧结和在外压作用下的粘性流动等过程，最 终获得致密化的陶瓷基复合材料。很多陶瓷基复合材料体系在热压过程 中往往没有直接发生化学反应，主要通过系统表面能减少的驱动，使疏 松粉体熔结而致密化。 存在的问题： （1）纤维和陶瓷粉末不容易复合成型。 （2）烧结时由于基体收缩或热压烧结时无粘性流动，会使颗粒和纤维 之间的机械作用而损伤纤维。 （3）目前，直径小于0.1微米-1微米的粉末很难买到。并且，其中的夹 杂物不易排除。同时，细的粉末在制造复合材料过程中又不易分散。 （4）在热压时会损伤纤维结构。
Ceramic-matrix
注意事项：
（1）与高聚物先驱体转化法不同的是，溶胶—凝胶工艺的先驱体是在溶液浸 进纤维编织坯件后在原位合成的。 （2）采用溶胶—凝胶法制备复合材料可以先制备复合凝胶体，即将复合的各 相以原子或分子级进行均匀混合形成复合溶胶和凝胶化，得到高纯、超细、均 相、分子级或包裹式的复合陶瓷粉末，再经成型、烧结而形成复合材料的基体 或者通过控制溶剂的蒸发速度将复合的溶胶凝胶化后，直接烧结成陶瓷基复合 材料。 （3）如果第二相是粉末或纤维，则可浸在适当的溶液中，通过形核和成长， 使溶液形成溶胶，均匀包围粉末和纤维，经凝胶化处理和热解后即形成陶瓷基 复合材料的基体。 （4）溶胶—凝胶法制备陶瓷基复合材料的质量保证关键主要有：选择合适的 先驱体反应物，控制溶液的浓度和pH值、气氛、分散剂、选用胶溶剂、去除 团聚以及使各相处于良好的分散状态等。
陶瓷基复合材料
耐热、耐腐蚀、耐磨损、高热导体 高断裂韧性、高强度
几种常用的陶瓷基体材料简介：
氧化铝（Al2O3） 二氧化锆（ZrO2） 莫来石（3Al2O32SiO2） 氮化硅（Si3N4，Sialon） 碳化硅（SiC） 玻璃陶瓷（LAS、MAS、CAS）
250-300 1200 5-5.5 25-30
刚玉瓷
95瓷 95
-Al2O3
3.5 180 280-350 2000 5.5-7.5 15-18
刚玉瓷
99瓷 99
-Al2O3
3.9 250 370-450 2500 6.7 25-30
氧化铝瓷的其它性能 ：
❖ 氧化铝的硬度约为20GPa，仅次于金刚石、立方氮化 硼和碳化硅，有很好的耐磨性。
基复合材料
❖ 晶片补强增韧陶瓷基复合材料——包括人工晶片和天然片状
材料
❖ 长纤维补强增韧陶瓷基复合材料 ❖ 叠层式陶瓷基复合材料——包括层状复合材料和梯度陶瓷基复
合材料。
陶瓷基复合材料类型汇总表
增强体形态 （材料名称）
颗粒
（陶瓷、金属）
晶须
（陶瓷）
纤维
（连续、短纤维） （陶瓷、高熔点金属）
结构复合式
（叠层、梯度） （按设计要求选择材料）
基体材料种类 （材料名称） 玻璃：SiO2等
玻璃陶瓷：LAS、MAS、CAS
氧化物陶瓷：Al2O3, MgO, ZrO2, Mullite
非氧化物陶瓷 碳化物：B4C, SiC, TiC, ZrC, Mo2C, WC 氮化物：BN, AlN, Si3N4,TiN,ZrN 硼化物：AlB2, TiB2, ZrB2
陶瓷基复合材料综述报告
陶瓷基复合材料综述报告陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料，具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。
陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。
这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。
而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。
纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
迄今，陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。
有些发达国家已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得了不错的使用效果[1]。
一、陶瓷基复合材料增强体用于复合材料的增强体品种很多，根据复合材料的性能要求，主要分为以下几种[2-4] :1.1纤维类增强体纤维类增强体有连续长纤维和短纤维。
连续长纤维的连续长度均超过数百。
纤维性能有方向性，一般沿轴向均有很高的强度和弹性模量。
1.2颗粒类增强体颗粒类增强体主要是一些具有高强度、高模量。
耐热、耐磨。
耐高温的陶瓷等无机非金属颗粒，主要有碳化硅、氧化铝、碳化钛、石墨。
细金刚石、高岭土、滑石、碳酸钙等。
主要还有一些金属和聚合物颗粒类增强体，后者主要有热塑性树脂粉末1.3晶须类增强体晶须是在人工条件下制造出的细小单晶，一般呈棒状，其直径为0.2~1微米，长度为几十微米，由于其具有细小组织结构，缺陷少，具有很高的强度和模量。
1.4金属丝用于复合材料的高强福、高模量金属丝增强物主要有铍丝、钢丝、不锈钢丝和钨丝等，金属丝一般用于金属基复合材料和水泥基复合材料的增强，但前者比较多见。
1.5片状物增强体用于复合材料的片状增强物主要是陶瓷薄片。
将陶瓷薄片叠压起来形成的陶瓷复合材料具有很高的韧性。
二、陶瓷基的界面及强韧化理论陶瓷基复合材料(CMC)具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，被认为是推重比10以上航空发动机的理想耐高温结构材料。
浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点
浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料，有效解决了陶瓷的脆性问题，开始在航空、航天、国防等领域得到广泛应用，例如连续纤维补强陶瓷基复合材料，具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的工业生产领域的极大关注。
文章对陶瓷复合材料的分类、主要性能、机械加工特点进行介绍。
标签：陶瓷基复合材料；分类；力学特性；加工特点1陶瓷基复合材料分类陶瓷基复合材料，根据增强体分成两大类：连续增强的复合材料和不连续增强的复合材料，如表1所示。
其中，连续增强的复合材料包括一方向，二方向和三方向纤维增强的复合材料，也包括多层陶瓷复合材料；不连续增强的复合材料包括晶须、晶片和颗粒的第二组元增强体和自身增强体，如Si3N4中等轴晶的基体中分布一些晶须状β-Si3N4晶粒起到增韧效果。
纳米陶瓷既可以是添加纳米尺寸的增强体复合材料，也可以是自身晶粒尺寸纳米化及增强。
陶瓷基符合材料也可以根据基体分成氧化物基和非氧化物基符合材料。
氧化物基复合材料包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物、复合氧化物等，弱增强纤维也是氧化物，常称为全氧化物复合材料。
非氧化物基复合材料以SiC，Si3N4，MoS2基为主。
2陶瓷基复合材料的力学特性陶瓷本体具有耐高温、抗氧化、高温强度高、抗高温蠕变性好、高硬度、高耐磨损性、线膨胀系数小、耐化学腐蚀等优点，但也存在致命的弱点（脆性），它不能承受激烈的机械冲击和热冲击，这限制了它的应用。
可通过控制晶粒、相变韧化、纤维增强等手段制成复合材料，陶瓷基復合材料具有了更高的熔点、刚度、硬度和高温强度，并具有抗蠕变、疲劳极限好、高抗磨性，在高温和化学侵蚀的场合下能承受大的载荷等优点，使其在航空、航天等众多领域有着广泛的应用前景。
2.1陶瓷基复合材料的主要物理和化学性能（1）热膨胀。
复合材料有纤维、界面和基体构成，因此热膨胀的相容性是非常重要的。
陶瓷基复合材料的制备方法与工艺
陶瓷基复合材料的制备方法与工艺随着科学技术的不断发展，陶瓷基复合材料在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。
陶瓷基复合材料具有优良的耐磨性、高温稳定性和化学稳定性，因此在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着重要的地位。
本文将介绍陶瓷基复合材料的制备方法与工艺。
一、陶瓷基复合材料的制备方法1. 热压法：热压法是一种常用的陶瓷基复合材料制备方法。
首先将陶瓷粉末与增强相（如碳纤维、玻璃纤维等）混合均匀，然后将混合物放入模具中，经过一定的温度和压力条件下进行热压，使得陶瓷粉末和增强相充分结合，最终得到陶瓷基复合材料制品。
2. 溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种制备陶瓷基复合材料的新型方法。
首先将陶瓷前驱体（如硅酸酯、铝酸盐等）与增强相混合，在一定的条件下形成溶胶，然后通过凝胶化过程使得溶胶形成凝胶，最终通过热处理制备出陶瓷基复合材料。
3. 拉伸成型法：拉伸成型法是一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的方法。
首先将陶瓷粉末与增强相混合，然后通过拉伸成型设备将混合物进行拉伸成型，最终得到纤维增强的陶瓷基复合材料。
二、陶瓷基复合材料的制备工艺1. 原料选择：在制备陶瓷基复合材料时，需要选择优质的陶瓷粉末和增强相。
陶瓷粉末的选择应考虑其颗粒大小、形状和化学成分，而增强相的选择应考虑其强度、刚度和耐热性能。
2. 混合均匀：在制备过程中，陶瓷粉末和增强相需要进行混合均匀，以确保最终制品的性能稳定。
3. 成型工艺：根据不同的制备方法，成型工艺也有所不同。
在热压法中，需要选择合适的温度和压力条件；在溶胶-凝胶法中，需要控制好溶胶和凝胶的形成过程；在拉伸成型法中，需要控制好拉伸成型设备的参数。
4. 烧结工艺：烧结是制备陶瓷基复合材料的重要工艺环节，通过烧结可以使得材料颗粒之间结合更加紧密，提高材料的密度和强度。
5. 表面处理：在制备陶瓷基复合材料的最后一道工艺中，可以对制品进行表面处理，如抛光、涂层等，以提高制品的表面质量和外观。
陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料的复合机理、制备、生产、应用及发展前景摘要：材料是科学技术发展的基础，材料的发展可以推动科学技术的发展，材料主要有金属材料、聚合物材料、无机非金属材料和复合材料四大类。
其中复合材料是是最新发展地来的一大类，发展非常迅速。
最早出现的是宏观复合材料，它复合的组元是肉眼可以看见的，比如混凝土。
随后发展起来的是微观复合材料，它的组元肉眼看不见。
由于复合材料各方面优异的性能，因此得到了广泛的应用。
复合材料对航空、航天事业的影响尤为显著，可以说如果没有复合材料的诞生，就没有今天的飞机、火箭和宇宙飞船等高科技产品。
本文从纤维增强陶瓷基复合材料C f/SiC入手，综述了陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite，CMC）的特殊使用性能、界面增韧机理、制备工艺作了较全面的介绍，并对CMC的的研究现状、未来发展进行了展望。
正文1、陶瓷基复合材料的定义与特性陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。
陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。
这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。
而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。
纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料(CMC)由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，是制造推重比10 以上航空发动机的理想耐高温结构材料。
一方面，它克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点，提高了材料的断裂韧性；另一方面，它保持了陶瓷基体耐高温、低膨胀、低密度、热稳定性好的优点。
陶瓷基复合材料的最高使用温度可达1650℃，而密度只有高温合金的70％。
因此，近几十年来，陶瓷基复合材料的研究有了较快发展。
目前CMC 正在航空发动机的高温段的少数零件上作评定性试用。
陶瓷基复合材料PPT课件
面临的挑战
高成本
陶瓷基复合材料的制备工 艺复杂，导致其成本较高， 限制了大规模应用。
性能稳定性
陶瓷基复合材料在复杂环 境下性能稳定性不足，易 受温度、湿度等外部因素 影响。
生产效率
目前陶瓷基复合材料的生 产效率相对较低，影响了 其推广和应用。
未来展望
降低成本
通过技术创新和规模化生产，降低陶瓷基复合材 料的成本，提高其市场竞争力。
制备工艺的优化
熔融浸渗法
压力辅助成型法
通过优化熔融浸渗工艺参数，如温度、 压力和时间，提高陶瓷基复合材料的 致密化程度和力学性能。
通过调整压力辅助成型的压力、温度 和时间等参数，提高复合材料的密度 和力学性能。
化学气相沉积法
优化化学气相沉积工艺参数，如反应 温度、气体流量和沉积时间，以获得 均匀、致密的陶瓷基复合材料。
04
陶瓷基复合材料的性能优化
增强相的选择与优化
增强相种类
选择合适的增强相是提高陶瓷基 复合材料性能的关键，常用的增 强相包括碳纤维、玻璃纤维、晶
须等。
增强相分散与分布
优化增强相在基体中的分散和分布， 确保其均匀分布，以提高复合材料 的整体性能。
增强相表面处理
通过表面处理技术改善增强相与基 体之间的界面结合力，提高复合材 料的力学性能。
陶瓷基复合材料的性能优化主要通过 添加增强相、调整基体组成和工艺参 数实现。
陶瓷基复合材料在高温、高强度、抗 氧化等极端环境下的应用前景广阔， 但需要解决其可靠性、寿命和成本等 问题。
对未来研究的建议
01
02
03
04
深入研究陶瓷基复合材料的微 观结构和性能之间的关系，为 材料设计和优化提供理论支持
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22
二、界面的作用
对于陶瓷基复合材料来讲，界面粘结性能影响陶瓷 基体和复合材料的断裂行为。
对于陶瓷基复合材料的界面来说：
一方面,应强到足以传递轴向载荷，并具有高的横向 强度； 另一方面，陶瓷基复合材料的界面要弱到足以沿界 面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出。
因此，陶瓷基复合材料界面要有一个最佳的界面强度。
15
10.1.3 微晶玻璃
玻璃组成中引入晶核剂，通过热处理、光照或化 学处理等手段，使玻璃内均匀析出大量微小晶体， 形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体。 控制析出的微晶的种类、数量和尺寸，可以获得 透明微晶玻璃、膨胀系数为零的微晶玻璃及可切削 的微晶玻璃。按照基础玻璃组成，分为硅酸盐、铝 硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐5大类
34
晶须的拔出长度存在一个临界值lpo，当晶须
的某一端距主裂纹距离小于这一临界值时，则晶
须从此端拔出，此时的拔出长度小于临界拔出长
度lpo ；
lpo
35
如果晶须的两端到主裂纹的距离均大于临界拔出 长度时，晶须在拔出过程中产生断裂，断裂长度仍小 于临界拔出长度lpo ；
l1>lpo 及 l1>lpo
2
10.1 陶瓷基体
一些陶瓷材料的熔点/℃
化合物 熔点/℃ 化合物 熔点/℃ 化合物 熔点/℃
Al2O3 ZrO2 莫来石
2054 2677 1850
ZnO TiO2 SiC
1975 1857 2837
ZrN Ti2B TiC
2980 2897 3070
3
10.1 陶瓷基体 具有致命的缺点，即脆性。
l2
l1 l2 l1
36
界面结合强度直接影响了复合材料的韧化机制 与韧化效果。
界面强度过高，晶须将与基体一起断裂，限制了 晶须的拔出，因而也就减小了晶须拔出机制对韧性 的贡献。 但另一方面，界面强度的提高有利于载荷转移， 因而提高了强化效果。 界面强度过低，则使晶须的拔出功减小，这对韧 化和强化都不利，因此界面强度存在一个最佳值。
仍保持很高的机械强度。
化学稳定性好，与酸碱都不发生作用，常温下，也不 与氢氟酸发生作用。具有很好的介电性，同时还可以作
为透光度为80％以上的制品。
9
10.1.1 氧化物陶瓷
1）氧化铝陶瓷的主要性能
名 称
牌 号 刚玉-莫来石瓷 刚玉瓷 95 瓷 -Al2O3 3.5 180 280 -350 5.5 – 7.5 15 – 18 刚玉瓷 99 瓷 -Al2O3 3.9 250 370 - 450 6.7 25 - 30
12
10.1.2 非氧化物陶瓷
1）碳化硅陶瓷
α和β两种晶型， α为六方型多层链状结构。β型为立方 结构，在2100℃转变为α型。 无熔点，在2830℃发生分解。理论密度3.21g/cm3，莫氏 硬度9.2，耐磨性好，导热性好，热膨胀系数4.7×10-6/℃。 化学稳定性好，除磷酸、硝酸和氢氟酸混合酸外，与所 有的酸都不反应。碳化物中抗氧化能力最好。高温下能与 金属氧化物发生反应。 工业陶瓷中碳化硅有黑色和绿色两种，黑色是碳过量， 绿色是硅过量。
优点：耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低
等
6
10.1 陶瓷基体
常见的陶瓷基体有：
（1）氧化物基体
（2）非氧化物基体 金属碳化物，氮化物、硼化物等 （3）微晶玻璃
7
10.1.1 氧化物陶瓷
主要由离子键结合，也有一定成分的共价键
纯氧化物陶瓷的熔点多超过2000℃。在800～
1000℃以前强度降低不大
这一弱点正是目前陶磁材料的使用受到很 大限制的主要原因。
4
10.1 陶瓷基体
如何实现陶瓷的韧性化问题成了近年来陶瓷开 发的一个重点问题。 向陶瓷材料中加入起增韧作用的第二相、制成 陶瓷基复合材料是解决陶瓷增韧的重要手段。
5
10.1 陶瓷基体
现代陶瓷材料最早源于硅酸盐材料，逐渐扩大到 其他的无机非金属材料。 如：碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁
13
10.1.2 非氧化物陶瓷
2）氮化硅陶瓷
氮和硅的唯一化合物。有α、β两中晶型，α属于低温型， 在1400～1600℃时转变为β型（高温稳定型）。 两种变体均属于六方晶系，但c方向上α型晶格常数β型 的2倍。两种晶型密度很相近，相变时几乎不发生体积变 化 。理论密度为3.184g/cm3，布氏硬度99级，分解温度 1900℃，α型膨胀系数为3.0×10-6/℃, β型热膨胀系数为 3.6×10-6/℃。 20℃时电阻率为1013~14Ω∙cm。机械强度高，尤其是高 温机械强度。化学稳定性好，抗氧化能力强。
氧化物陶瓷在高温下不会被氧化，所以常做高
温耐火结构材料
常见的基体材料有氧化铝和氧化1）氧化铝陶瓷的主要性能
主要有具有α、β和γ三种晶型，其中α和γ型是纯氧化
铝，而β型是含碱的铝酸盐 基体材料的氧化铝陶瓷主要是α-Al2O3，纯度为99～ 99.5％，密度3.75～3.85g/cm3，熔点2054℃。 刚玉瓷具有很好的机械强度，加热到1600～1700℃
40
三、颗粒增韧机理
颗粒弥散强化: 直径从纳米量级到几十个微米，利用弹性模量和热 膨胀系数的差异，在冷却粒子和基体周围产生残余应力场。 与扩展裂纹尖端应力交互作用，从而产生裂纹的偏转、绕 道、分支和钉扎等效用，从而对基体产生增韧作用。
陶瓷基复合材料尤其是先进陶瓷基颗粒复合材料大 多数都是颗粒弥散增强。成本低，复合材料呈各向同 性。除了金属增韧粒子外，颗粒增强在高温下仍然起
75 瓷 -Al2O3 和 主晶相 -Al2O3 2SiO2 -3 3.2 – 3.4 密度,(gcm ） 140 抗拉强度， MPa 250 – 300 抗弯强度， MPa -6 5 - 5.5 热膨胀系数 ,10 /℃ 25 – 30 介电强度， KV/mm
10
10.1.1 氧化物陶瓷
11
10.1.2 非氧化物陶瓷
在自然界很少，需要人工合成。
非氧化物陶瓷主要是共价键结合而成，但也有
一定的金属键成分。
这类陶瓷材料的熔点高、硬度大和耐磨性好。
具有特殊的电磁和化学性质。
但这类材料的脆性大，高温抗氧化能力不高， 所以在高温氧化气氛中使用寿命有限。 常见的基体材料有碳化硅和氮化硅陶瓷。
16
陶瓷复合材料的增强体
几何尺寸上增强体可分为三类： 纤维(长、短纤维) 晶须 颗粒
17
10.2 陶瓷基复合材料的界面和强韧化机理
10.2.1 陶瓷基复合材料的界面 一、 界面的粘结形式
二、 界面的作用
三、 界面性能的改善
18
一、界面的粘结形式
对于陶瓷基复合材料来讲，界 面的粘结形式主要有两种： (1) 机械粘结 (2) 化学粘结
37
下图为SiCw/ ZrO2材料的载荷--位移曲线：
载 荷
从图中可以看出，有明显的锯齿效应，这 是晶须拔出桥连机制作用的结果。
38
(N) (位移 um)
三、颗粒增韧机理
增韧机制可能有裂纹受阻或裂纹偏转、相变增韧 和弥散增韧。
39
三、颗粒增韧机理
延性颗粒: 过渡元素(铁、钴、镍、铬、钨、钼等） 及其合金。复合材料韧性有明显提高，强度不足。 刚性颗粒: 主要是陶瓷颗粒，如SiC、TiB2、B4C等， 脆性问题没有解决。 刚性颗粒增强陶瓷复合材料的抗弯强度和断裂韧性 都有所增加，但结果不甚理想，尤其是断裂韧性。 金属颗粒增强陶瓷复合材料韧性可以显著增强，但 强度变化不大，尤其是高温强度下降。
10.陶瓷基复合材料
1
10.1 陶瓷基体
陶瓷基体，是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物而 不是单质，所以它的结构远比金属合金复杂得多。 陶瓷材料中的化学键往往是介于离子键与共价键之间的 混合键。
基体普遍特点：
熔点高，耐高温，硬度大，耐磨性好 化学稳定性好，耐腐蚀
密度较小
韧性低（或脆性） 热膨胀系数较小，抗热震性能差
23
强的界面粘结往往导致
纤维
脆性破坏，如下图 (a)所
示。 裂纹可以在复合材料的 任一部位形成，并迅速扩 展至复合材料的横截面， 导致平面断裂。 (a)强界面结合 平面断裂主要是由于在断裂过程中，强的界面 结合不产生额外的能量消耗。
24
基体
若界面结合较弱，当基体 中的裂纹扩展至纤维时，将
导致界面脱粘，其后裂纹发
莫来石纤维增强玻璃基体复合材料的断裂行为差异：
莫来石纤维上未涂BN涂层
莫来石纤维上涂有BN涂层
从图中可看出，若纤维未涂BN涂层，则复合材料 的断面呈现为脆性的平面断裂；而经CVD沉积0.2um的 29 BN涂层后，断面上可见到大量的纤维拔出。
10.2.2 陶瓷基复合材料的强韧化机理
一、纤维增韧机理 二、晶须增韧机理 三、颗粒增韧机理
26
三、界面性能的改善
为获得最佳的界面结合强度 ① 完全避免界面间的化学反应 或 ② 尽量降低界面间的化学反应程度和范围
27
在实际应用中，除选择纤维和基体在加工和使 用期间能形成稳定的热力学界面外，最常用的方法就 是在与基体复合之前，往增强材料表面上沉积一层薄 的涂层。 C和BN是最常用的涂层，此外还有SiC、ZrO2 和SnO2涂层。 涂层的厚度通常在0.1~1um，涂层的选择取决 于纤维、基体、加工和服役要求。 纤维上的涂层除了可以改变复合材料界面结合 强度外，对纤维还可起到保护作用，避免在加工和处 理过程中造成纤维的机械损坏。 28
实际材料断裂过程中，纤维的断裂并非发生在 同一裂纹平面，这样主裂纹还将沿纤维断裂位置 的不同而发生裂纹转向。 这也同样会使裂纹的扩展阻力增加，从而使韧 性进一步提高。
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二、晶须增韧机理