文档介绍：陶瓷增韧方法及其研究进展
主讲人:
引言
陶瓷材料的致命缺点是脆性,低可靠性和低重复性,这些不足严重影响了陶瓷材料的应用范围。
只有改善陶瓷的断裂韧性,实现材料强韧化,提高其可靠性和使用寿命,才能使陶瓷材料真正地成为一种广泛应用的新型材料,
因此,陶瓷增韧技术一直是陶瓷研究的热点。
最原始的增韧方法—层状增韧
一枝易折弯,几枝竹断节难
层状结构复合陶瓷模型和独石结构陶瓷模型的载荷--位移曲线
陶瓷的断裂主要是由于裂纹扩展导致的,那么如何组织裂纹扩展呢?
1、分散裂纹尖端应力
2、消耗裂纹扩展的能量,增大裂纹扩展所需克服的能垒
3、转换裂纹扩展的能量
陶瓷增韧
增韧方法
增韧机理
相变增韧
纤维/晶须增韧
纳米增韧
裂纹弯曲/转向
残留应变能效应
颗粒增韧
自增韧
拉脱/桥接效应
相转变
微裂纹增韧
拉脱/桥接效应—纤维、晶须增韧原理
图1中,在紧靠裂纹尖端的晶体,由于变形而给裂纹表面加上了闭合应力,抵消裂纹尖端的外应力,钝化裂纹扩展,从而起到了增韧作用;此外,裂纹扩展时,柱状晶体的拔出时也要克服摩擦力,也会起到增韧的作用。
裂纹弯曲转向—颗粒、纤维晶须增韧、自增韧原理
图2中,由于柱状晶的存在,导致裂纹发生偏转,改变和增加了裂纹扩展的路径,从而钝化裂纹增加了裂纹扩展阻力。
相转变增韧
另外,相转变增韧也是可以应用于功能陶瓷的。
如:铁电/压电性畴转变增韧机制,在压电陶瓷材料中,利用使产生裂纹的外应力转变为电能,从而达到增韧的目的。
亚稳定四方相t--ZrOz在裂纹尖端应力场的作用下发生一相变,形成单斜相,产生体积膨胀,从而对裂纹形成压应力,阻碍裂纹扩展,起到增韧的作用。
这就是著名的Garvie应力诱导相变增韧机理。
残余应变能增韧
与相转变的原理基本相似,在裂纹进行扩展之前,首先得克服陶瓷样品本身的内部残余应变能,从而达到增韧的目的。
微裂纹增韧
在裂纹应力尖端加入韧性材料,使其产生微裂纹,达到分散应力的目的,减少裂纹前进的动力,从而增加材料的韧性。
在材料发生相转变时,往往也会导致残余应变能效应以及产生微裂纹。因此,相转变增韧的效果是显著的。