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文档简介

关于相变韧化和弥散韧化

高韧性陶瓷复合材料的韧化有两种机理：（1）过程区域机理，包括相变韧化，微裂纹韧化，孪晶韧化等；（2）桥接区域韧化，包括弥散韧化，晶须韧化，纤维韧化等。其中相变韧化和弥散韧化的效果最为明显，有代表性的是氧化锆增韧陶瓷。第2页,共16页，2024年2月25日，星期天

一、相变韧化

1.相变韧化机理氧化锆增韧陶瓷的制得是利用陶瓷机体内弥散的亚稳四方氧化锆(t-ZrO2)粒子在受到外力作用时转变为单斜氧化锆(m-ZrO2)，吸收了能量从而提升了陶瓷的韧性。第3页,共16页，2024年2月25日，星期天

这类陶瓷有两类：（1）ZrO2基陶瓷，如部分稳定氧化锆基体，四方氧化锆多晶体；（2）其他陶瓷基的陶瓷，如氧化锆增韧的a-Al2O3

陶瓷等。应力诱导氧化锆马氏体相变韧化是t-ZrO2

的主要韧化机理。关于相变韧化机理的解释有几派观点，下面介绍Griffith解。第4页,共16页，2024年2月25日，星期天

第一，对于相变发生的情况由于新的裂纹表面生成给基体自由能的增加式中c---裂纹半径

---临界应变能释放率。第5页,共16页，2024年2月25日，星期天

第二，由于裂纹扩展增加的应变能与载荷做功的减少一致式中---施加拉伸应力；

---材料弹性模量；

---材料的泊松比。第6页,共16页，2024年2月25日，星期天

第三，相变区附加的功式中---相变区的容积（其中R为相变区的大小）

---高温相的体积分数；

---诱导相变单位体积所作的功。第7页,共16页，2024年2月25日，星期天综合以上三个方面，系统的总能量为：移相：第8页,共16页，2024年2月25日，星期天因为所以式中即无相变材料的临界应力强度因子。可以看出，应力诱导相变韧化对复合陶瓷断裂韧性的贡献，正比于体积分数的平方根。第9页,共16页，2024年2月25日，星期天二、弥散韧化弥散韧化的机理在前面讨论弥散强化时，硬质点提高基体强度的同时会降低韧性。如果基体本身就是脆性材料，塑性区很小，那末粒子可能提高其韧性，这就是弥散韧化的出发点。例如，在c-ZrO2与Al2O3，t-ZrO2与Al2O3是复合陶瓷中，前已指出，应力诱导ZrO2马氏体相变韧化是t-ZrO2的主要韧化机理，而c-ZrO2的韧化机理是弥散韧化。第10页,共16页，2024年2月25日，星期天第11页,共16页，2024年2月25日，星期天在复合陶瓷中，当裂纹遇到第二相粒子时会避开粒子而偏转，在弥散粒子之间走“之”字，裂纹形状和长度的改变，新的断裂表面的形成都会吸收能量，从而提高材料的韧性。裂纹遇到圆柱状弥散粒子时发生偏转而“之”字的示意图如图7-94所示

第12页,共16页，2024年2月25日，星期天第13页,共16页，2024年2月25日，星期天2、弥散韧化的实践第14页,共16页，2024年2月25

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