氧化物和非氧化物陶瓷的工程应用及组成

1.基体

基体材料按材质分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。氧化物陶瓷工程意义较大的是纯氧化物陶瓷，他们的熔点多数超过2000℃，应用较多的有Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂等。非氧化物陶瓷指的是不含氧的金属氮化物、碳化物等，应用较多的有Si₃N₄、SiC等。碳/碳复合材料则是利用碳纤维强化碳，可以改善材料的断裂韧性，使其大幅度提高。

2.增强体

增强材料按形态可分为颗粒材料、纤维和晶须材料。增强陶瓷用的纤维大多是直径为几微米至几十微米的多晶材料或非晶态材料，如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝系列纤维等。

晶须是细长的单晶体，直径由0.1μm至几个微米，长度一般为数十至数千微米，因此长径比很大。陶瓷晶须因具有高强度、高弹性模量和耐高温等优点被用作增强体，常用增强陶瓷的晶须有硅化硅、氮化硅等，但因生产工艺复杂，价格较高，在工业中尚未大量应用。

纤维与基体之间性能的差异可导致复合材料性能的降低，为获得良好的界面结合，而又不损伤纤维，在它们之间必须满足物理相容性和化学相容性。前者为纤维与基体间的热膨胀匹配和相对弹性模量（E_f/E_m）匹配，后者为在制造和使用温度下，纤维和基体间以及他们和周围环境间的化学相容性。图13.4-1为SiC/Si₃N₄复合材料有代表性的相结构，纤维是由碳芯和SiC壳组成的，中间相是一富碳涂覆层基体为反应连接的氮化硅（Si₃N₄）。SiC/Si₃N₄复合材料有代表性的相几何结构见表13.4-1。(www.xing528.com)

图13.4-1 SiC/Si₃N₄复合材料有代表性的相结构

表13.4-1 SiC/Si₃N₄复合材料有代表性的相几何结构