1.2.2 复合增韧陶瓷材料的组织

1.复合增韧陶瓷材料的组织特征

所谓复合材料，就是人为地把一种材料混入某种基体材料之中而得到的多相材料，它不是利用相变在材料内部产生的。图1-19所示为复合材料组织的模型。图1-20和图1-21所示分别是C纤维/SiO₂纤维增强复合材料横截面和C纤维/Si₃N₄纤维增强复合材料横截面的光学显微照片。

图1-22和图1-23分别为颗粒增强ZrO₂颗粒/Al₂O₃和ZrO₂颗粒/（莫来石+Al₂O₃）复合材料的显微组织。图1-24和图1-25分别是晶须增强SiC晶须/ZrO₂和SiC晶须/Al₂O₃复合材料的显微组织。图1-26所示为颗粒和晶须联合增强Al₂O₃+ZrO₂颗粒+SiC晶须复合材料的显微组织。

图1-19 复合材料组织的模型

图1-20 C纤维/SiO₂纤维增强复合材料横截面的光学显微照片

图1-21 C纤维/Si₃N₄纤维增强复合材料横截面的光学显微照片

图1-22 颗粒增强ZrO₂颗粒/Al₂O₃复合材料的显微组织

图1-23 颗粒增强ZrO₂颗粒/（莫来石+Al₂O₃）复合材料的显微组织

图1-24 晶须增强SiC晶须/ZrO₂复合材料且微组织

2.陶瓷基复合材料的界面

界面是复合材料的一个很重要的问题，界面的性质决定了复合材料的性能。界面的性质主要是指界面的物理和化学的相容性：物理相容性是指基体和增强体之间弹性模量和线胀系数是否匹配；化学相容性是指它们之间是否存在化学反应或者界面反应层。

图1-25 晶须增强SiC晶须/Al₂O₃复合材料的显微组织

图1-26 颗粒和晶须联合增强Al₂O₃+ZrO₂颗粒+SiC晶须复合材料的显微组织

界面可以分为两大类：

一类是没有反应层的界面，这类界面是增强体与基体直接结合，形成共格、半共格、非共格界面，晶须或者颗粒增强的陶瓷基复合材料中增强体和基体的界面大多是非共格界面，这种界面比存在化学反应的界面较弱，有利于界面的解离和韧性的提高。图1-27所示为SiC晶须/ZrO₂（含有质量分数为2%的Y₂O₃）复合材料的界面结构，图1-28为（α+β）-赛隆/SiC颗粒复合材料中α/β-赛隆界面和β-赛隆/SiC晶须颗粒界面的HREM像。可以看出，界面均为原子之间直接结合。

图1-27 SiC晶须/ZrO₂（含有质量分数为2%的Y₂O₃）复合材料的界面结构

图1-28 （α+β）-赛隆/SiC颗粒复合材料中α/β-赛隆界面和β-赛隆/SiC晶须颗粒界面的HREM像

另外一类是具有反应层的界面，在增强体和基体之间存在一个反应层或者扩散层，这一个中间层将增强体和基体紧密地结合在一起，增加了界面的结合强度。图1-29所示为SiC晶须/ZrO₂（含有质量分数为6%的Y₂O₃）复合材料的界面结构，可以清楚地看到界面中间反应层的形成。界面中间反应层的形成及其性质与形成界面两相的化学相容性、原材料粉体的表面化学纯度和材料烧结添加剂的类型和含量等因素有关。

图1-29 SiC晶须/ZrO₂（含有质量分数为6%的Y₂O₃）复合材料的界面结构