电子工艺材料第5章 陶瓷及陶瓷基复合材料(CMC).ppt

1、第6章蜂窝混合双打和蜂窝混合双打化学基复合材料(CMC )，如第1节概述的，蜂窝混合双打复合材料的韧性、第2节蜂窝混合双打基体、第1、氧化铝蜂窝混合双打的性能特点： (1)硬度高，耐磨耗性高，(2)耐高温性能高，(3)耐腐蚀性高，(4)电绝缘性高，第2， 由氮化硅陶瓷反应烧结(Si粉95%N25%H2 )或热冲压烧结(Si3N4 MgO )制造的特性： (1)强度高；(2)抗热震性和耐高温蠕变性也比其他陶瓷高的耐腐蚀性，除氢氟酸以外，能够耐受所有无机酸和一部分减溶液的腐蚀的熔融非铁金属(例如铝、锡、亚金属铅、镍、金、银、铜等)的侵蚀的(6)抗氧化温度达到1000 (7)氮化硅元素的电绝缘性也良

2、好，si3n4all 用反应烧结法(-SiC C粉烧结)和热压烧结(SiC助促进剂)法制备的特征：高高温强度导热率高的热安定性、耐磨耗性、耐腐蚀性和抗蠕变性、四、玻璃陶瓷混合双打、含大量微晶玻璃称为微晶玻璃或玻璃陶瓷混合双打。 常使用的玻璃陶瓷混合双打有锂铝硅(Li2O-Al2O3-SiO2，LAS )和镁铝硅(MgO-Al2O3-SiO2，MAS )两个系统。 特征：低密度，2.0-2.8g/cm3的高弹性模数(80140GPa )和弯曲强度(70-350MPa )，第三节CMC的制造工艺，第一、粉末冶金法是将陶瓷粉末、补强材料(粒子或纤维)和添加的胶粘剂均匀混合后，冷冲压成所希望的形状，然

3、后烧结二、拉力赛法、三、反应烧结法、四、液状浸渍法、五、溶胶凝胶法、溶胶凝胶(So1Gel )技术是指金属有机或无机化合物因溶液、溶胶、凝胶而固化，并通过热处理生成氧化物或其他化合物固体的方法。 六、化学气相浸渍法、第四节CMC界面、一、CMC界面的特征CMC一般制备的温度高，原子活性大，原子扩散速度远大于室温，增强相与陶瓷基体之间的原子扩散更容易，界面上形成固态溶液和化合物时，增强体与基体之间的界面具有一定的厚度但是，反应产物一般是脆性的，界面脆性也很大。 二、控制CMC界面的途径，过低则过高的界面键强度有害。 在CMC中，为了得到最合适的界面键强度，希望完全避免界面间的化学反应，或者尽量缩

4、小界面间的化学反应的程度和范围。 因此，经常使用涂布法来限制界面反应的发生，界面结合过强则防止脆性界面层的形成。PMC、MMC、CMC的界面性质比较、共同点：机械结合、物理结合和化学键的各自特征： PMC、MMC、CMC大多是物理结合物理和化学键界面的稳定和界面类型的不稳定，一般如果不与沉积基质反应，就可能产生固态溶液和化合物， CMC的界面处理方法PMCMMCCMC的目的：改善浸润性控制界面提高韧性反应层形成方法的偶联剂表面处理稳定涂层表面氧化沉积基质改性c、BN聚合物涂层，第五节CMC的性能，一是室温力学性能1 .极限拉伸强度和弹性模数，对于单向式连续纤维增强陶瓷化学基复合材料的拉伸故障界

5、面键强度高，纤维断裂。 (b )塑性破坏。 界面结合相对较弱，沉积基质裂纹沿纤维扩展，在纤维失效前，纤维沉积基质界面脱粘。 随SiC/LAS玻璃陶瓷混合双打的脆性破坏、塑性断裂曲线、2压缩和弯曲强度、3 .断裂韧性、纤维含量的增加，断裂韧性KIC增加。 纤维挖墙脚和裂纹偏转是提高复合材料韧性的主要反应历程。 纤维过剩时，局部分散变得不均匀，相对密度降低，气孔率增加，其抗弯强度反而降低。 4影响因素： (1)增强相的体积含量、沉积基质孔的影响和修正、沉积基质孔效果、(2)热胀冷缩系数的影响、SiC纤维的热胀冷缩系数为301010。当微晶玻璃基体的m被调节在比加入人纤维的f稍低的范围内时，基体受到

6、压缩应力，复合材料的弯曲强度和断裂韧性高，m大于f时，基体从压缩应力状态变化为抗拉应力状态，强度降低，但龟裂发展偏向强化使断裂韧性上升。 (3)复合材料的强度和韧性随密度、密度的增加而增加，(4)抑制粒子含量和粒径、沉积基质晶粒生长，形成微细晶体结构，形成高弹性模数SiC分散材料内部应力集中，SiC粒子钝化裂纹尖端，降低材料应力集中. SiC粒子的添加自身有缺陷，裂纹发生偏向，二、高温力学性能、一强度、弹性模数、断裂韧性未增强时，断裂韧性随温度上升而降低，晶须增强后，纤维被拔出，高温下随温度上升而增大，二、玻璃在蠕变、高温或高应力下粘性流动三热冲击性(热冲击性)，很多塞拉混合双打在受到急剧的冷

7、热变化时，容易产生裂纹并被破坏。 材料在急剧的温度变化和一定的开始温度范围内冷热交替作用不破坏的能力叫做抗热震性，也叫做抗热震性和热安定性。 第六节强化反应历程，强化的效果主要有强化材料的尺寸、形态和体积成分、界面的结合情况、沉积基质和强化材料的力学和热胀冷缩性能的相变、一、粒子的强化、一、非变化第二相粒子的强化(1)微裂纹的强化、公式中、 e是泊松比和弹性模数t是在材料的降温过程中开始产生残馀应力的温度和室温的温度差即EmEp，当无限大的沉积基质中存在第二相粒子时，由于蒸发制冷收缩的不同，粒子受到压力p，在来自粒子中心r的沉积基质中形成径向正的应力和切线方向正的应力： 0时，P0， 当第二相

8、粒子处于抗拉应力状态、沉积基质径向处于拉伸状态、切线方向处于压缩状态、应力高于一盏茶时，可能会产生具有收敛性的环向微裂纹，当无限大基体存在第二相粒子时，由于蒸发制冷收缩的不同，粒子处于压力p :o时，P0、第二相粒子处于压缩应力状态，但基体在径向受到压缩应力，在切线方向受到拉伸应力应力高时，可能会产生发散性径向微裂纹，裂纹的偏转和裂纹的架桥强化，裂纹发展过程中裂纹尖端遇到强化粒子、纤维、晶须、界面等偏转剂时产生的倾斜和偏转增加了裂纹的发展路径，增加了韧性。 裂缝桥将裂缝的两个表面用桥接剂连接起来，提供使两个裂缝面相互接近的应力，即封闭应力，应力强度系数k随着裂缝的发展而增加。 如果龟裂发展遇到

9、桥，桥剂有结晶破坏(粒子)的可能性，也有绕过桥剂沿晶界龟裂发展(龟裂偏向)形成摩擦桥的可能性。 在下图中，在第2个粒子、第3个、第4个粒子上形成弹性桥。 2延展性粒子被强化，如果在脆性陶瓷基体中加入第二相延展性粒子，则材料的断裂韧性显着提高，强化反应历程包含龟裂前端部被形成于龟裂前端部的塑性形变部破坏、由延展性粒子形成的延展性龟裂桥。 研究表明，在沉积基质和延性粒子e相等的情况下，利用延性裂纹桥可得到最佳强化效果。 3纳米粉增强反应历程在目前的研究中，增强粒子和沉积基质粒子的尺寸匹配和残馀应力是纳米复合材料中重要的增强反应历程。 4相变增强，其中由四方相变为单斜相，具有被称为tm相变的马氏体相

10、变特征，伴有3.5的体积膨胀。 由于渡槽大头针，ZrO2在低温下成为准稳定的四方相(t )，通过外力转变为稳定的单斜相(m )，在材料内部产生压力应力，阻碍裂纹的发展。 二、纤维、晶须增强，纤维、晶须增强反应历程有裂纹弯曲、裂纹偏向、裂纹交联、纤维脱粘、纤维挖墙脚等。 裂纹偏转和桥接在粒子的强化方面进行了研究。1 .裂纹的弯曲和偏转，陶瓷坯体中的裂纹一般很难穿过纤维，依然向原来的扩展方向扩展。 相对地，绕过纤维尽可能接近纤维的表面扩展，龟裂偏向，龟裂的发展路径变长，在龟裂的发展上消耗更多的能量，发挥加强作用，2脱粘，复合材料上纤维脱粘产生新的表面，因此需要能量。 假设纤维的脱粘能与应力释放引起的纤维上的应变释放能相等，则纤维的脱粘能在欲通过纤维的脱粘实现最大的强化效果时，高强度的纤维体积大，纤维与沉积基质的界面强度弱，1c与界面应力成反比，因此3 .纤维很明显，纤维必须先脱粘才能拔出来。 纤维的挖墙脚可以缓和龟裂前端的应力，减缓龟裂的发展，纤维的挖墙脚需要外力，就能起到加强作用。 在连续纤维强化