晶須增強(qiáng)陶瓷性能

晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的性能比短纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料優(yōu)越，它具有較好的斷裂韌性、優(yōu)異的耐高溫蠕變性能、均一的強(qiáng)度以及較高的耐磨損性和耐腐蝕性。但這類材料的斷裂韌性往往低于連續(xù)纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料。碳化硅晶須的加入會(huì)使氮化硅的燒結(jié)變得更困難，引入燒結(jié)助劑后可改善其燒結(jié)性能，所得復(fù)合材料具有較高強(qiáng)度。但是燒結(jié)助劑在提高燒結(jié)性能的同時(shí)也帶來了副作用，形成了玻璃相，這種玻璃相在高溫下與晶須及基體間的結(jié)合強(qiáng)度都很低，且玻璃相本身的強(qiáng)度低，對(duì)晶須還有強(qiáng)烈的腐蝕作用，從而會(huì)造成晶須強(qiáng)度下降，因此對(duì)復(fù)合材料的高溫強(qiáng)度不利。一般情況下，該復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性隨碳化硅晶須含量的增加而提高。

以晶須為增強(qiáng)體、陶瓷為基體，通過復(fù)合工藝制得的新型陶瓷材料。它既保留了陶瓷基體的主要特性,又通過晶須的增強(qiáng)增韌作用，改善了陶瓷基體的性能。材料可以用外加晶須與基體原料混合、成型、燒結(jié)而成(稱外加晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料)；也可以在一定溫度下熱處理，使坯體內(nèi)部生長出晶須，然后燒結(jié)而成(稱原位生長晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料)，前一種工藝容易控制晶須含量，但難以清除晶須團(tuán)聚現(xiàn)象，后者可以實(shí)現(xiàn)晶須均勻分布，但含量難以精確控制。合理的界面狀態(tài)有利于發(fā)揮晶須作用，獲得優(yōu)越性能。晶須增強(qiáng)陶瓷基材料比單一陶瓷材料性能好，但價(jià)格相對(duì)較高，主要用于國防工業(yè)航空航天以及精密機(jī)械零件等方面。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以看作是在基體相中均勻分布著多晶纖維或晶須。這類材料應(yīng)用很廣，如塑料基復(fù)合材料（玻璃纖維增強(qiáng)尼龍、增強(qiáng)聚丙烯、增強(qiáng)苯乙烯等）。橡膠基復(fù)合材料（合成纖維或玻璃纖維增強(qiáng)橡膠等）和金屬基復(fù)合材料（硼纖維或碳纖維增強(qiáng)鋁等）。纖維（晶須）增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料則是同陶瓷作基體相的一種新型材料。如氮化物纖維增強(qiáng)氧化鋁、碳化硅連續(xù)纖維增強(qiáng)氮化硅、碳纖維增強(qiáng)氮化硅等復(fù)合材料。

無機(jī)纖維的性質(zhì)和制法目前所用的無機(jī)纖維有多晶纖維、復(fù)合纖維和單晶纖維（即晶須）。它們是由高溫氧化物或難熔的非氧化合物組成的。多晶纖維有玻璃纖維、石英纖維、硅酸鋁纖維、碳素纖維、硼纖維、氧化物纖維、氮化物纖維和碳化物纖維等。復(fù)合纖維有SiC纖維、BC纖維，單晶纖維（晶須）是直徑僅為幾微米的單晶體，包括陶瓷晶須和金屬晶須。增強(qiáng)纖維材料應(yīng)具有高的比強(qiáng)度和比彈性率。它們的性質(zhì)與纖維材料的種類、晶體結(jié)構(gòu)（單晶或多晶體）以及纖維的斷面積和長度等因素有關(guān)。

(1)從熔體中直接制造纖維的方法。這種方法是在電弧爐或電阻爐中將原料熔化后，再用橫向氣流吹絲制成纖維。玻璃纖維、硅酸鋁纖維即是用這一方法制取的。

(2)原料纖維熱分解的方法。例如，碳纖維材料就是用天然纖維或合成纖維（如聚丙烯腈）經(jīng)過熱裂解后制得的。碳纖維的機(jī)械性質(zhì)與熱裂解溫度密切相關(guān)，1500～1600℃進(jìn)行熱裂解可達(dá)到強(qiáng)度的最大值。

(3)化學(xué)氣相沉積的方法(CVD法)。這種方法常用于制取碳化物、氮化物和硼纖維等材料。陶瓷材料在外加負(fù)荷作用下，容易在裂紋尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中，并因裂紋迅速擴(kuò)展，呈現(xiàn)脆性斷裂。而在纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料中，主要載荷由增強(qiáng)纖維所承受，且當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到纖維時(shí)，纖維即可把剩余的能量吸收掉，阻止裂紋的延伸，從而提高了陶瓷基體的強(qiáng)度和韌性。