文档介绍：1 第九章陶瓷材料的力学性能§ 9-1 陶瓷材料概况陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。金属:金属键高分子:共价键(主价键) + 范德瓦尔键(次价键) 陶瓷:离子键和共价键。普通陶瓷,天然粘土为原料,混料成形,烧结而成。工程陶瓷:高纯、超细的人工合成材料,精确控制化学组成。工程陶瓷的性能: 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。硬度高,弹性模量高,塑性韧性差,强度可靠性差。常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。一、陶瓷材料的结构和显微组织 1 、结构特点陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物;以离子键和共价键为主要结合键。可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。如“六方氮化硼为松散的绝缘材料;立方结构是超硬材料” 2 、显微组织晶体相,玻璃相,气相晶界、夹杂(种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。(可通过热处理改善材料的力学性能) § 9-2 陶瓷材料的力学性能强度( 高温、低温、室温) 韧性、硬度、断裂韧度、疲劳等。一、陶瓷材料的弹性变形、塑性变形与断裂(图 9-23 ) (1 )弹性 A )弹性模量大是金属材料的 2 倍以上。∵共价键结构有较高的抗晶格畸变、阻碍位错运动的阻力。晶体结构复杂,滑移系很少,位错运动困难。 B )弹性模量呈方向性;压缩模量高于拉伸弹性模量结构不均匀性;缺陷 C )气孔率↑,弹性模量↓(2 )塑性变形 a )室温下,绝大多数陶瓷材料塑性变形极小。 b) 1000 ℃以上,大多数陶瓷材料可发生塑性变形(主滑移系运动) c )陶瓷的超塑性超细等轴晶,第二相弥散分布,晶粒间存在无定形相。 1250 ℃, × 10 -2S -1 应变速率ε=400% 。利用陶瓷的超塑性,可以对陶瓷进行超塑加工(包括扩散焊接) (3 )断裂 2 以各种缺陷(表面或内部)为裂纹源裂纹扩展,瞬时脆断。缺陷的存在是概率性的。用韦伯分布函数表示材料断裂? dv F mv m) '()( exp 1)( 0???????????? F(σ)—断裂概率 m—韦伯模数σ 0—特征应力,该应力下断裂概率为 σ’、σ—试样内部的应力及它们的最大值二、陶瓷材料强度和硬度陶瓷的实际强度比其理论值小 1~2 个数量级。(1 )弯曲强度三点弯曲、四点弯曲四点弯曲试样工作部分缺陷存在的几率较大。∴强度比三点的低。(2 )抗拉强度夹持部位易断裂(加橡胶垫) ∴常用弯曲强度代之,高 20%~40% 。(3 )抗压强度比抗拉强度高得多, 10 倍左右。(4 )硬度高 HRA , AT45N 小负荷的维氏硬度或努氏硬度。§ 9-3 陶瓷材料的断裂韧度比金属的低 1~2 个数量级测定方法(图) 单边切口法、山形切口法、压痕法、双扭法、双悬臂梁法。∵K IC 值受切口宽度的影响。金属材料: σ↑、δ↓、K IC↓; 陶瓷材料: σ↑、K IC↑。∵尖端塑性区很小。陶瓷材料的增韧: (1 )改善组织(细密、纯、匀) (2