陶瓷作業(yè)姓名：學(xué)號：班級：0719201陶瓷韌化機(jī)理陶瓷最致命缺點(diǎn)是脆性，低可靠性和低重復(fù)性，這些不足嚴(yán)重影響陶瓷材料的應(yīng)用范圍。只有改善陶瓷的斷裂韌性，提高其可靠性和使用壽命，才能是陶瓷真正成為一種廣泛應(yīng)用的新型材料，因此陶瓷增韌技術(shù)一直是陶瓷研究的熱點(diǎn)。陶瓷的斷裂主要是由于裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的，阻止間斷裂紋的擴(kuò)展的方法有三種。其一為分散裂紋尖端應(yīng)力；其二為消耗裂紋擴(kuò)展的能量，增大裂紋擴(kuò)展所需克服的能壘；最后問轉(zhuǎn)換裂紋擴(kuò)展的能量。相變韌化受相變誘發(fā)塑性鋼，即TRIP(transformationinducedplasticity)鋼的啟發(fā)，將ZrO?tTm相變M點(diǎn)穩(wěn)定到比室溫稍低，而叫點(diǎn)比室溫高，使其在承載時(shí)由應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生t—m相變，由于相d變產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)和形狀效應(yīng)，而吸收大量的能量，從而表現(xiàn)出異常高的韌性。這就是相變韌化(transformationtoughening)的概念。韌化機(jī)理分析:1?相變韌化(△%』；d〈d〈d應(yīng)力誘發(fā)相變增韌(AK)i c ICTt—m相變產(chǎn)生新的表面吸收能量，同時(shí)相變引起的體積膨脹產(chǎn)生壓力。殘余應(yīng)力增韌(AK)；?殘余應(yīng)力—閉合阻礙裂紋擴(kuò)展—?dú)堄鄳?yīng)力韌化。顯微裂紋增韌(AK)；ICM=1復(fù)合韌化機(jī)理；=1第二相顆粒增韌，第二相增韌主要增韌機(jī)理為殘余應(yīng)力增韌、微裂紋增韌、裂紋偏轉(zhuǎn)增韌、顆粒橋聯(lián)增韌、延性顆粒增韌；增韌的主要影響因素為物理相容性和化學(xué)相容性(不生成有害化合物合適的界面結(jié)合強(qiáng)度1.應(yīng)力場模型顆粒Aa-AT顆粒1+v 1-2vTOC\o"1-5"\h\zm+ P2E Em pAa=a-a；AT=T-Tpm PR；a—材料的熱膨脹系數(shù)，10-6/K；E—材料的彈性模量，GPa；v—材料的泊松比；m，p分別代表基體和第二相增強(qiáng)顆粒；Tp—基體不產(chǎn)生塑性變形的最高溫度，K丁卩一所討論的狀態(tài)下的溫度，KRb=—1P-(-)3

tb=—1P-(-)3

t2R基體<r—球形顆粒半徑，mm；R—基體中某點(diǎn)距離球心的距離，mm△a的影響：△a〉0,b>0，b〈0,環(huán)向裂紋（收斂型）；r t△a<0,b<0,b〉0,徑向裂紋（發(fā)散型）；r t△a=0,P=0 ,b=0；r>rcr—自發(fā)萌生裂紋的鄰界第二相顆粒半徑c2?臨界第二相顆粒尺寸（r）c彈性應(yīng)變能：顆粒:基體系統(tǒng)廠cP2(1—2)顆粒:基體系統(tǒng)廠cP2(1—2)U—2兀 丄r3p EP\o"CurrentDocument"U-冗P2(1+vm>r3

m EU=U+U=2冗kP2r3 mSPm由U>2y得Smp71+v 1一2vk— m+ P2EE1 m p0（2兀kP2；-2Ymp—萌生單位面積裂紋所消耗的能量，J3.殘余應(yīng)力增韌■Aa>0(d〈d)C■Aa>0?裂紋停止??裂紋穿過第二相顆粒?裂紋沿顆粒與基體之間的界面擴(kuò)展?裂紋沿顆粒與基體之間的界面擴(kuò)展顆粒開裂表面能：Y=2冗r2^sp克服阻力做功：W=1/2冗Pr2U11W=y+W=2冗口丫+1/2冗Pr2Utp 1 *sp 1界面開裂表面能：b=4冗r2^b int克服阻力做功：W2=1/3冗Pr2u2W=y+W=4冗口丫+1/3冗Pr2uip 1 int 2uqu?2rg=2x10-3r1 2 bAa?0E〉E 裂紋沿界面擴(kuò)展。Pm裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋橋聯(lián)增韌裂紋偏轉(zhuǎn)：裂紋尖端效應(yīng)，指裂紋擴(kuò)展過程中當(dāng)裂紋遇上偏轉(zhuǎn)元(如增強(qiáng)相、界面等)時(shí)所發(fā)裂紋橋聯(lián)：裂紋尾部效應(yīng)，它發(fā)生在裂紋尖端，靠橋聯(lián)元(劑)連接裂紋的兩個(gè)表面并提供一個(gè)使裂紋面相互靠近的應(yīng)力，即閉合應(yīng)力，這樣導(dǎo)致強(qiáng)度因子隨裂紋擴(kuò)展而增加。三、 延性顆粒增韌增韌機(jī)理：裂紋尖端形成的塑性變形區(qū)導(dǎo)致裂紋尖端屏蔽由延性顆粒形成的延性裂紋橋基體與延性顆粒的a和E值相等時(shí)，延性裂紋橋最佳增韌效果。當(dāng)a和E值相差足夠大時(shí)，裂紋偏轉(zhuǎn)繞過金屬顆粒，增韌效果較差。四、 納米顆粒增強(qiáng)增韌增強(qiáng)顆粒與基體顆粒的尺寸匹配與殘余應(yīng)力是納米復(fù)合材料中的重要增強(qiáng)、增韌機(jī)理。ZrO/nano-SiC納米復(fù)相陶瓷的透射電鏡觀察表明，納米顆粒在基體晶內(nèi)和晶界分布，納米顆粒有有團(tuán)纖現(xiàn)維，納化顆粒對裂紋有釘扎作用。圖增韌機(jī)制示意圖3)纖維被基體摩擦力固定的原始狀態(tài)；裂紋從基體擴(kuò)展至纖維被阻止；由于界面剪切和纖維與基體的橫向收縮便界面解離，裂紋沿纖維/基體之間的界面偏離；界面進(jìn)一步解離，纖維破斷，裂紋繼續(xù)沿主方向擴(kuò)展；2)破斷的纖維端部克服畀面摩擦阻力拔岀?復(fù)合材料整體破壞

陶瓷基休纖維主要增韌機(jī)理：陶瓷基休纖維?纖維斷裂?纖維脫粘?纖維拔出?裂紋橋聯(lián)?裂紋轉(zhuǎn)向（裂紋偏轉(zhuǎn)）界面解理（纖維脫粘）：復(fù)合材料在纖維脫粘后產(chǎn)生了新的表面，因此需要消耗能量。（盡管單位面積的表面能很小，但所有脫粘纖維總的表面能則很大。）纖維拔出：指靠近裂紋尖端的纖維在外應(yīng)力作用下沿著它和基體的界面滑麗現(xiàn)象坯纖維拔出會使裂紋尖端應(yīng)力松弛，從而減緩了裂紋的擴(kuò)展。纖維拔出需外力做功，因此起到增韌作用。纖維拔出能總大于纖維脫粘能，纖維拔出的增韌效果要比纖維脫粘展。裂紋橋聯(lián)：對于特定位向和分布的纖維，裂紋很難偏轉(zhuǎn)，只能沿著這時(shí)緊靠裂紋尖端處的纖維并未斷裂，而是在裂紋兩岸搭起小橋,,瓠岸連在一起。在裂紋表面產(chǎn)生一個(gè)壓應(yīng)力，以抵消外加應(yīng)力的作用，從而使裂紋難以進(jìn)一步擴(kuò)展，起到增韌作用。裂紋偏轉(zhuǎn)：在擴(kuò)展裂紋尖端應(yīng)力場中的增強(qiáng)體會導(dǎo)致裂紋發(fā)生彎曲從而干擾應(yīng)力場，導(dǎo)致基體的應(yīng)力強(qiáng)度降低，起到阻礙裂紋擴(kuò)展的作用。隨著增強(qiáng)體長徑比和體積比增加，裂紋彎曲增韌展。短貓及晶須韌化主要增韌機(jī)理：?晶須拔出?晶須橋聯(lián)?裂紋偏轉(zhuǎn)由于纖維周圍的應(yīng)力場，基體中的裂紋一般難以穿過纖維，而仍按原來的擴(kuò)展方向繼續(xù)擴(kuò)展。它更易繞過纖維并盡量貼近纖維表面擴(kuò)展，即裂紋偏轉(zhuǎn)。裂紋偏轉(zhuǎn)可繞著增強(qiáng)體傾斜發(fā)生偏轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)后裂紋受的拉應(yīng)力往往低于偏轉(zhuǎn)前的裂紋，而且裂紋的擴(kuò)展路徑增長，裂紋擴(kuò)展中需消耗更多的能量因而起到增韌作用。增強(qiáng)體的長徑比越大，裂紋偏轉(zhuǎn)增韌效果就越好。定性分析：?當(dāng)晶須的某一端距離主裂紋的長度小于l時(shí)將po拔