相變韌化和彌散韌化

關(guān)于相變韌化和彌散韌化

高韌性陶瓷復(fù)合材料的韌化有兩種機(jī)理：（1）過程區(qū)域機(jī)理，包括相變韌化，微裂紋韌化，孿晶韌化等；（2）橋接區(qū)域韌化，包括彌散韌化，晶須韌化，纖維韌化等。其中相變韌化和彌散韌化的效果最為明顯，有代表性的是氧化鋯增韌陶瓷。第2頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

一、相變韌化

1.相變韌化機(jī)理氧化鋯增韌陶瓷的制得是利用陶瓷機(jī)體內(nèi)彌散的亞穩(wěn)四方氧化鋯(t-ZrO2)粒子在受到外力作用時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毖趸?m-ZrO2)，吸收了能量從而提升了陶瓷的韌性。第3頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

這類陶瓷有兩類：（1）ZrO2基陶瓷，如部分穩(wěn)定氧化鋯基體，四方氧化鋯多晶體；（2）其他陶瓷基的陶瓷，如氧化鋯增韌的a-Al2O3

陶瓷等。應(yīng)力誘導(dǎo)氧化鋯馬氏體相變韌化是t-ZrO2

的主要韌化機(jī)理。關(guān)于相變韌化機(jī)理的解釋有幾派觀點(diǎn)，下面介紹Griffith解。第4頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

第一，對于相變發(fā)生的情況由于新的裂紋表面生成給基體自由能的增加式中c---裂紋半徑

---臨界應(yīng)變能釋放率。第5頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

第二，由于裂紋擴(kuò)展增加的應(yīng)變能與載荷做功的減少一致式中---施加拉伸應(yīng)力；

---材料彈性模量；

---材料的泊松比。第6頁,共16頁，2024年2月25日，星期天

第三，相變區(qū)附加的功式中---相變區(qū)的容積（其中R為相變區(qū)的大?。?/p>

---高溫相的體積分?jǐn)?shù)；

---誘導(dǎo)相變單位體積所作的功。第7頁,共16頁，2024年2月25日，星期天綜合以上三個(gè)方面，系統(tǒng)的總能量為：移相：第8頁,共16頁，2024年2月25日，星期天因?yàn)樗允街屑礋o相變材料的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子?？梢钥闯?，應(yīng)力誘導(dǎo)相變韌化對復(fù)合陶瓷斷裂韌性的貢獻(xiàn)，正比于體積分?jǐn)?shù)的平方根。第9頁,共16頁，2024年2月25日，星期天二、彌散韌化彌散韌化的機(jī)理在前面討論彌散強(qiáng)化時(shí)，硬質(zhì)點(diǎn)提高基體強(qiáng)度的同時(shí)會(huì)降低韌性。如果基體本身就是脆性材料，塑性區(qū)很小，那末粒子可能提高其韌性，這就是彌散韌化的出發(fā)點(diǎn)。例如，在c-ZrO2與Al2O3，t-ZrO2與Al2O3是復(fù)合陶瓷中，前已指出，應(yīng)力誘導(dǎo)ZrO2馬氏體相變韌化是t-ZrO2的主要韌化機(jī)理，而c-ZrO2的韌化機(jī)理是彌散韌化。第10頁,共16頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共16頁，2024年2月25日，星期天在復(fù)合陶瓷中，當(dāng)裂紋遇到第二相粒子時(shí)會(huì)避開粒子而偏轉(zhuǎn)，在彌散粒子之間走“之”字，裂紋形狀和長度的改變，新的斷裂表面的形成都會(huì)吸收能量，從而提高材料的韌性。裂紋遇到圓柱狀彌散粒子時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)而“之”字的示意圖如圖7-94所示

第12頁,共16頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共16頁，2024年2月25日，星期天2、彌散韌化的實(shí)踐第14頁,共16頁，2024年2月25