新闻中心

News

纳米陶瓷的主要增韧机理

日期: 2019-04-23
浏览次数: 1030


纳米陶瓷是纳米材料的一个分支,是指平均晶粒尺寸小于100nm的陶瓷材料。具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能。


在陶瓷基体中引入纳米分散相进行复合,能使材料的力学性能得到极大的改善。纳米陶瓷的增韧有改善陶瓷的力学性能,提高陶瓷稳定性等的作用。其主要增韧机理有以下几种。


裂纹偏转


裂纹偏转增韧是裂纹非平面断裂效应的一种增韧方式。当纳米颗粒与基体间存在热膨胀系数差异时,残余热应力会导致瓷体中的扩展裂纹发生偏转,使得裂纹扩展路径延长,有利于材料韧性的提高。


裂纹偏转方向与纳米颗粒和基体间热膨胀系数的相对大小有关。当基体的热膨胀系数较大时,裂纹向纳米颗粒扩展,如果纳米颗粒本身及其与基体间的结合强度足够大,纳米颗粒此时甚至可以对裂纹起到钉扎的作用;当基体的热膨胀系数较小时,扩展裂纹趋向于沿切向绕过纳米颗粒。


裂纹扩展到达晶须时,被迫沿晶须偏转,这意味着裂纹的前行路径更长,裂纹尖端的应力强度减少,裂纹偏转的角度越大,能量释放效率就越低,增韧效果就越好,断裂韧性就提高。如图a、b所示。图b表示:①裂纹和晶须相遇;②裂纹弯曲向前③在晶须前面相接④形成新的裂纹前沿并留下裂纹。

纳米陶瓷的主要增韧机理

a裂纹沿晶须轴向扩展


纳米陶瓷的主要增韧机理

b裂纹沿晶须纵向扩展


裂纹桥联


裂纹桥联是一种裂纹尖端尾部效应,是发生在裂纹尖端后方由补强剂连接裂纹的两个表面并提供一个使两个裂纹面相互靠近的应力,即闭合应力,这样导致应力强度因子随裂纹扩展而增加。即裂纹绕过扩展过程中遇上晶须时,裂纹有可能发生穿晶破坏,也有可能出现互锁现象,即裂纹绕过晶须并形成摩擦桥。


在晶须复合陶瓷基材料和粗晶Al2O3陶瓷及Si3N4中,由于晶须、Al2O3粗颗粒对裂纹表面的桥连作用,使材料表现出强烈的R-曲线效应,由此导致材料韧性的显著改善。在纳米陶瓷中,由于纳米颗粒尺寸很小,纳米颗粒对于裂纹的桥联作用只能发生在裂纹尖端的局部小区域。此时纳米颗粒虽然不能明显提高R-曲线上的韧性平台值,但却可以使R-曲线在短的裂纹扩展上出现陡然上升情况。由于R-曲线上某点处切线的斜率代表材料此时的强度,纳米复相陶瓷R-曲线在短裂纹扩展上长度上的陡然上升可以使其强度得到明显提高。


在脆性陶瓷基体中加入延性粒子能够明显提高材料的断裂韧性。一般情况下,延性粒子指的是金属粒子。金属粒子的弹性应变使裂纹桥联成为金属陶瓷中最有效的增韧机制。当裂纹扩展到陶瓷/金属界面时,由于延性金属颗粒和脆性基体的变形能力不同,引起裂纹局部钝化,某些裂纹段被迫穿过粒子,而形成被拉长的金属颗粒联桥。


纳米陶瓷的主要增韧机理

桥联增韧示意图


颗粒拔出


拔出效应是指当裂纹扩展遇到高强度晶须时,在裂纹尖端附近晶须与基体界面上存在较大的剪切应力,该应力极易造成晶须与界面的分离开裂,晶须可以从基体中拔出,因界面摩擦而消耗外界载荷的能量而达到增韧的目的。


同时晶须从基体中拔出会产生微裂纹来吸收更多的能量。当晶须取向与裂纹表面呈较大角度时,由基体转向晶须的力在二者界面上产生的剪切力达到了基体的剪切屈服强度,但未达到晶须的剪切曲度强度时,晶须不会被剪断而会从基体中被拔出。使用长径比高的晶须增韧聚合物基复合材料,晶须对增韧主要贡献就是来源于裂纹扩展过程中晶须拔出所消耗的能量。


当晶须与基质的界面剪切应力很低,而晶须的长度较大(>100µm),强度较高时,拔出效应显著。随着界面剪切应力增大,界面摩擦力大,拔出效应降低,当界面剪切应力足够大时,作用在晶须上的剪切强度可能引起晶须断裂而无拔出效应。


纳米颗粒增韧机理


日本研究人员把纳米颗粒增韧的机理归纳为:①组织的细微化作用。抑制晶粒成长和减轻异常晶粒的成长;②残余应力的产生使晶粒内破坏成为主要形式;③控制弹性模量E和热膨胀系数α等来改善强度和韧性等;④晶内纳米粒子使基体颗粒内部形成次界面,并同晶界纳米相一样具有钉扎位错的作用。


研究人员用氧化铝和碳化硅超细粉合成的高强度纳米复相陶瓷在1100℃时强度超过1500Mpa,并认为获得超强度、超韧性结构陶瓷的主要方法是采用微米和纳米混杂的复合技术。


纳米陶瓷的主要增韧机理


News / 推荐新闻 More
2019 - 04 - 25
截止到2018年年底,全球154个移动运营商正在进行5G技术测试或试验,参与5G的国家已经扩展到66个。随着5G时代的到来,手机产业又将迎来一轮新的变革,手机背板市场面临着重新洗牌。其中氧化锆陶瓷在新一轮技术洗牌中脱颖而出。一、氧化锆陶瓷手机背板脱颖而出5G时代要求信号传输速度更快,是4G的1~100倍。5G通信将采用3Ghz以上的频谱,其毫米波的波长更短,与金属背板相比,陶瓷背板对信号无干扰,且拥有其他材料无可比拟的优越性能,受到手机生产商的青睐。在所有的陶瓷材料中,氧化锆陶瓷除了具有高强度、高硬度、耐酸碱耐腐蚀及高化学稳定性等优点,同时具有抗刮耐磨、无信号屏蔽、散热性能优良、外观效果好等特点,因此成为继塑料、金属、玻璃之后一种新型的手机机身材质。目前氧化锆陶瓷在手机中的应用主要是背板和指纹识别盖板两部分。某厂家生产的氧化锆陶瓷球某厂家生产的氧化锆陶瓷手机背板二、氧化锆手机陶瓷制备及难点...
2019 - 04 - 23
纳米陶瓷是纳米材料的一个分支,是指平均晶粒尺寸小于100nm的陶瓷材料。具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能。在陶瓷基体中引入纳米分散相进行复合,能使材料的力学性能得到极大的改善。纳米陶瓷的增韧有改善陶瓷的力学性能,提高陶瓷稳定性等的作用。其主要增韧机理有以下几种。裂纹偏转裂纹偏转增韧是裂纹非平面断裂效应的一种增韧方式。当纳米颗粒与基体间存在热膨胀系数差异时,残余热应力会导致瓷体中的扩展裂纹发生偏转,使得裂纹扩展路径延长,有利于材料韧性的提高。裂纹偏转方向与纳米颗粒和基体间热膨胀系数的相对大小有关。当基体的热膨胀系数较大时,裂纹向纳米颗粒扩展,如果纳米颗粒本身及其与基体间的结合强度足够大,纳米颗粒此时甚至可以对裂纹起到钉扎的作用;当基体的热膨胀系数较小时,扩展裂纹趋向于沿切向绕过纳米颗粒。裂纹扩展到达晶须时,被迫沿晶须偏转,这意味着裂纹的前行路径更长,裂纹尖端的应力强度减少,裂纹...
2019 - 04 - 20
多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料,也称为气孔功能陶瓷,它是成型后经高温烧成,体内具有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料。根据成孔方法和空隙,多孔陶瓷可分为:泡沫陶瓷、蜂窝陶瓷、粒状陶瓷,其对应气孔率如下:多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构而体积密度小、比表面积高、热导率低,加之陶瓷材料本身特有的耐高温、强度高、化学稳定性好等特点,目前已广泛应用于环保、节能、化工、冶炼、食品、制药、生物医疗等多个领域。一、多孔陶瓷材料用于过滤与分离装置多孔过滤陶瓷管多孔陶瓷的板状或管状制品组成的过滤装置具有过滤面积大、过滤效率高的特点。被广泛应用于水的净化处理、油类的分离过滤以及有机溶液、酸碱溶液、其它粘性液体和压缩空气、焦炉煤气、蒸气、甲烷、乙炔等气体的分离。由于多孔陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐化学腐蚀、机械强度高等优点,在腐蚀性流体、高温流体、熔融金属等应用领域,正日益显示其特有的优势。二、多孔陶瓷材料用于吸音降噪...
2019 - 04 - 18
氧化铝粉体是工业化生产中最重要的粉体材料之一,而球形粉体,特别是高度分散的球形粉体,因其本身的球形结构使得其具有良好的流动性,加上其分散性,更大的比表面积以及其本身的物化性能,使得其在更多的应用领域中发挥作用。因此,随着日新月异的工业化发展,球形氧化铝粉体必将得到更深层次的开发及更广泛的应用。一、氧化铝家族从广义上讲,氧化铝可以分为含水氧化铝和无水氧化铝两大类。水合氧化铝向α-Al2O3的转变氧化铝及其水合物的不同晶型和特有的理化性能,决定了它们在石油化工、电子、耐火材料、陶瓷、磨料、制药以及航空航天等领域都有广泛的应用。另一方面,正是氧化铝粉体的物化性质的稳定性,所以想通过直接加工氧化铝粉体而提高其性能是极为困难的。因此要得到更高性能的氧化铝粉体需要从合成制备技术开始。二、球形氧化铝的制备粉体球化方法包括物理方法和化学方法。按照不同的物质聚集方式,可将制备球形氧化铝的方法系统地分为气相法...
分享到:
新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
广州公司 电话:020-8327 6369
电邮:iacechina@unifair.com
上海公司 电话:4000 778 909
电邮:iacechina@unirischina.com
版权所有 2017-2020 新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
犀牛云提供企业云服务
关注展会官微,在线看展