陶瓷材料具有许多优异性能,陶瓷结构材料能耐高温、耐侵蚀、耐磨损及比重小等,陶瓷功能材料具有独特的电学性能、磁学性能、铁电压电性能等许多优良的性能,但由于脆性这一致命弱点,使得目前陶瓷材料的使用受到很大的限制。因此,近年来陶瓷材料的强韧化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视,其中在陶瓷材料中引入起增韧作用的第二相制成陶瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。

1、复合材料陶瓷基体

复合材料陶瓷基体分为氧化物系和非氧化物系。氧化物基体是氧化铝陶瓷和铝硅酸盐玻璃,非氧化物基体复合材料包括碳纤维增强碳(C/C)复合材料和SiC纤维增强的碳化硅(SiC)与氮化硅(Si3N4)系复合材料。

陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料(简称CFCC)有巨大的潜在应用,其相对密度低(仅为钛合金的1/2,镍基超合金的1/3),除了航空航天和军事工业中的耐高温用途外,还可能在陆地运输、石油化学工业、能源和环保领域获得广泛应用。因此,美国、日本和西欧都将陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料(CFCC)作为21 世纪可能获得大发展新材料的重要研究开发项目。

2、纤维增强材料

陶瓷材料的增韧研究一直倍受重视。从1976 年I.W.Donald 等发现在陶瓷本体中引入第二相材料增韧开始,陶瓷增韧先后经历了粒子相变增韧、晶须补强增韧、短纤维增韧和目前连续纤维增韧等阶段。陶瓷材料的韧性不断提高,目前连续纤维补强增韧陶瓷基复合材料(CFRCMC)的断裂韧性已经达到25MPa·m1/2 以上,这使其具有类似金属的断裂行为,不会出现灾难性损毁,从而可应用于航空和航天等高技术领域。因此,近年来世界先进技术国家大力开发连续纤维补强增韧陶瓷基复合材料应用研究,已开发和应用了多种耐高温、高强度陶瓷纤维,如各种碳化硅纤维、碳纤维和氧化铝纤维,进行了SiC、Si3N4、A12O3 和ZrO2等多种陶瓷基体的应用研究。

三维编织复合材料是近二十年来诞生的一种新型复合材料,是复合材料科学中异军突起的一支新秀,它以三维整体织物为增强体,其优良的结构性显著改善了复合材料多方面的力学特性,从根本上克服了传统层合板层间剪切强度低而且易分层的缺点,在航空、航天、军工、汽车、医疗以及高级体育用品等领域得到了广泛应用。