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年月兵■柑料科学与工程第卷第期
/ 碍晶须增韧和相变增韧
复合作用的机制与效果
苎/
,业大学丁/
/ 摘要在综述晦瓷材科晶颊增韧和相变增韧机审的基础上,分析了晶频增
韧和相变增韧复台时的相互作用, 并夼绍了周内外利用复台增韧法韧化氧化物
陶瓷的研究结果, 阿时指出了存在的问题和获得优良复台增韧效果的有效逢
径.
关■饲晶须增韧相变增韧复合作用机、
⋯
引言
陶瓷材料的脆性大大限制了其应用范围, 因此,减少脆性一直是陶瓷材料研究领域
,
及相变增韧. 晶须增韧和相变增韧利用的—相变效应是目前改善陶瓷材料
脆性最有效的方法‘,并且晶须增韧效果对温度不敏感, 被认为是能解决高温应用
的有殖措施‘,
时加入晶绶稆氧化锆颗粒采用复台增韧方法卿可望产生更好的效果,开餍新的强韧化途
径。
晶须增韧和相变增韧的机制
. 昌须增韧的机制
近年来报道中常见的晶须韧化机制有裂纹偏转, 晶须桥接和晶须拔出一, 这些
机制均与晶须/基体界面的性质密切相关. 下面对这几种机制作一简要舒述。
.. 裂纹偏转在基体中扩展的裂纹退刊晶须时发生煽转的原因,是在晶须周
围沿晶须基体界而存在着由于弹性模量或热膨胀系数不匹配而引起的应力场。裂纹与显
微组织的相互作用形式决定于这种应力场的性质,如果口或口、和、
分Ⅱ为晶须和基体的热嘭胀系数,,绕过晶
须扩展。如果、或,.
年月日收到稿件,年月日收到修改稿
林广涌华南理工大学钟料研究所广州
—一
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陵裂纹面不再垂直于外加应力, 只有增加外加应力提高裂纹尖端应力强度因子才能使裂
纹进一步扩展。因此, 裂纹偏转可以导致明显的增韧作用. 和:的研究
结果表明, 当晶须长径比为】时, 理论上晟大韧化效果可使基体断裂韧性提高约倍。
.. 晶须桥接晶须/基体界面的解离使裂纹扩展通过基体而在裂纹尖端后面存
在一个晶须仍然保持完整无损的区域成为可能【“。在此区域内, 晶须把裂纹桥接起来,
在裂纹的表面加上闭台应力, 起到增韧作用。等:‘从断裂力学出发, 推导出裂
纹尖端尾流形成晶须桥接区对对断裂韧性的贡献假定晶须定向垂直于裂纹面排列为
‘‘争
式中, 。、, 分别为晶须的断裂强度, 弹性模量, 体积分数和半径, 丑为复
台材料的弹性模量, , 分剐为界面和晶须的断裂能, 为波松比.
由式可知,晶须桥接增韧的效果
随晶须的强度, 体积分数, 半径的增大而增
加,而且皮使曾。/, 的比值大一些,
这些均与试验络果相符‘:.图‘:为不同
基体冉瓷基复台材料晶蒴增韧效果的实测值
和在仅考虑晶须桥接机制的情况下建立起来
的晶须增韧模型的计算结果, 可见两者相当
吻台.
.. 晶须拔出在晶须桥接区里,
当基体断裂时传递给晶须的应力小于晶须断
裂应力· 但大于晶须/基体界面在裂
纹上下表面中最短一侧的长度范围内产生