氮化硅陶瓷的增韌方法

　　氮化硅陶瓷作為一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，具有強(qiáng)度高、抗熱震性好、高溫蠕變小、耐磨、抗氧化性能優(yōu)異、化學(xué)穩(wěn)定性高等特色，是優(yōu)良的工程陶瓷之一，氮化硅雖然具有良好的性能，但也具有陶瓷的共性——脆性。脆性是一個致命的弱點，不可保證其應(yīng)用的可靠性。因此，提高其韌性和可靠性一直是氮化硅陶瓷研究的重要方向。

　　顆粒增韌

　　顆粒增韌是在Si3N4材料中加入某些具有高彈性模量的粒子。如SiC、tic、TiN等，顆粒增韌與溫度無關(guān)，可以作為高溫下的增韌機(jī)制。但這種方法只能達(dá)到40%-70%的增韌效果，其增韌效果并不明顯。

　　相變增韌

　　氧化鋯相變增韌是指氧化鋯顆粒分散在Si3N4基體中，由四方相到單斜相的應(yīng)力誘導(dǎo)相變產(chǎn)生約5%的體積變化，可以抵消外加應(yīng)力，阻止裂紋擴(kuò)展，達(dá)到增韌的目的。

　　纖維增韌

　　纖維增韌是指Si3N4陶瓷與C和C、SiC等長纖維的復(fù)合增韌，其機(jī)理主要是裂紋偏轉(zhuǎn)或分叉、拔出效應(yīng)和橋聯(lián)效應(yīng)。

　　自增韌

　　自增韌是指通過調(diào)整材料成分和控制制備工藝條件，使部分Si3N4晶粒原位發(fā)展成高長徑比的柱狀晶粒，從而獲得類似纖維增韌的各種機(jī)制，達(dá)到增韌效果。

　　碳纖維增韌

　　碳纖維由原料纖維高溫?zé)贫?，具有高?qiáng)度、高模量、密度低、耐高溫、線膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)高等優(yōu)點。作為一種增強(qiáng)增韌材料，它戰(zhàn)勝了其他增韌材料的缺點。

　　碳纖維能否在氮化硅基體中起到增強(qiáng)作用，取決于燒結(jié)后碳纖維與氮化硅基體的結(jié)合程度。

　　碳納米管增韌

　　計算表明，碳納米管具有很高的強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性。碳納米管的力學(xué)性能優(yōu)異，強(qiáng)度約為鋼的100倍，但密度僅為鋼的1/6.在垂直于碳納米管管軸的方向具有優(yōu)異的韌性，被認(rèn)為是未來的“超級纖維”。