第二相颗粒强韧化陶瓷基复合材料的研究与开发
信息分类：生命科学资讯 作者:YIYI发布
第二相颗粒强韧化陶瓷基复合材料的研究与开发
第二相颗粒强韧化陶瓷基复合材料的研究与开发，为人们提
供了根据性能要求进行材料改性甚至于进行材料设计的一种有效
手段。要想实现第二相颗粒增韧补强的目的，必须遵循成分一组织
与结构一性能的主线，研究第二相颗粒强韧化陶瓷基复合材料的设
计原则和制备工艺。设计原则所涉及的问题很多，但主要是一个
成分设计问题。
针对特定的基体，第二相颗粒的选择应遵循如下原则：
(1)与基体之间的化学相容性与共存性。所谓相容性主要是
指所选择的第二相颗粒与基体之间要具备良好的润湿性，混合性，
比较弱的扩散互溶和界面反应。这样才能保证所制备的复合材料
具有适中的相界面结合强度。所谓共存性主要是指所选择的第二
相颗粒与基体必须具有相对的化学稳定性，相互之间不能发生激
烈的化学反应和完全溶解现象，这样才能保持各自的优势，提高复
合材料的性能。
(2)与基体之间的物理匹配性与强化性。不同相之间的物理
匹配将对复合材料的性能产生很大影响，其中线胀系数和弹性模
量的匹配程度影响最大。如果第二相颗粒与基体的线胀系数及弹
性模量失配或者容易造成陶瓷基体产生裂纹降低材料的强度。或
者容易造成裂纹避开增韧颗粒而仅仅在基体中扩展，失去增韧作
用。研究表明，当第二相颗粒与基体的弹性模量相当时，若第二相
颗粒的线胀系数小于基体的线胀系数，裂纹有可能沿两相界面偏
转；也有可能穿过第二相，这取决于颗粒的表面能、粒径、形状、取
向及两相界面结合状况，即便发生偏转，因偏转的程度较小，两相
界面断裂能低于基体断裂能，增韧的幅度较小(纳米级第二相颗粒
例外)。若第二相颗粒的线胀系数大于基体的线胀系数，只要第二
相颗粒粒径小于引起自发周向微开裂的临界粒径，残余热应力场
的作用将会使裂纹在基体内产生偏转，带来较大的增韧效果。
(3)与界相之间的匹配性。在第二相颗粒增韧补强陶瓷基复
合材料中，不可避免地要产生晶界相，晶界相的组成、结构、性质、
形状、分布状态，以及上述因素对材料性能的影响规律等界相问题
对复合材料的研究是十分重要的。因此，第二相颗粒与预知的界
相间的关系是一个不容忽视的问题。总的原则还是要保证两者间
的化学与物理的匹配性。
(4)第二相颗粒的尺寸与数量。第二相颗粒的尺寸与数量应
满足一般的级配原则，但这里也有最佳组合的问题。金宗哲等幢5j
研究了复相陶瓷增强颗粒尺寸效应，指出：复相材料中第二相颗粒
与基体颗粒尺寸、最优粒径比与体积比，以及颗粒分布状态与界面
应力状态之间都有一定的关系。这种关系对材料的均匀性和力学
性能的作用称为颗粒尺寸效应。
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