中國粉體網(wǎng)訊  層狀復(fù)合陶瓷的設(shè)計思路是在脆性陶瓷中加入軟質(zhì)的耐高溫材料制成層狀復(fù)合陶瓷，雖然其組分簡單，但精細(xì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)保證了材料優(yōu)良的力學(xué)性能。層狀復(fù)合是一種仿生設(shè)計，這些仿生材料的特點(diǎn)不僅可以從組分設(shè)計上改善陶瓷韌性，還可以從宏觀結(jié)構(gòu)來設(shè)計新型材料，形成不同尺度多級增韌機(jī)制協(xié)同作用，是陶瓷補(bǔ)強(qiáng)增韌的新思路。目前，常用的仿生結(jié)構(gòu)有竹木結(jié)構(gòu)、貝殼結(jié)構(gòu)等。

與傳統(tǒng)的通過消除缺陷等方法提高材料性能不同，層狀復(fù)合陶瓷的增韌機(jī)理與強(qiáng)度和缺陷無關(guān)，是一種能量吸收、耗散機(jī)制的耐缺陷機(jī)理。根據(jù)界面的強(qiáng)弱，層狀復(fù)合陶瓷可分為弱界面、強(qiáng)界面及延性界面材料，不同的界面結(jié)合對應(yīng)了不同的韌化機(jī)制。

1.弱界面裂紋偏轉(zhuǎn)增韌

在兩層高強(qiáng)度的陶瓷基體間引入弱夾層，在含有弱界面的層狀復(fù)合陶瓷所受應(yīng)力達(dá)到一定強(qiáng)度時，裂紋擴(kuò)展形成微裂紋，并且微裂紋將沿著弱界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)或分層，讓能量在裂紋擴(kuò)展過程中釋放，達(dá)到材料增韌的效果。

弱界面層狀復(fù)合陶瓷的裂紋擴(kuò)展示意圖

該類層狀復(fù)合陶瓷的特點(diǎn)是斷裂韌性提高幅度較大，且材料不會出現(xiàn)突然性斷裂，但由于弱夾層的存在，使得材料的整體強(qiáng)度降低。

2.強(qiáng)界面殘余應(yīng)力增韌

強(qiáng)界面結(jié)合是通過界面結(jié)合力使層與層之間形成互相約束，有利于在材料內(nèi)部形成強(qiáng)大的殘余應(yīng)力。如果這種殘余應(yīng)力是人為設(shè)計的，則成為預(yù)應(yīng)力。強(qiáng)界面殘余應(yīng)力增韌機(jī)制是利用層狀復(fù)合陶瓷的基體層與夾層之間熱膨脹系數(shù)、收縮率的不匹配或者某層中相變，調(diào)節(jié)各自層數(shù)、層厚，使表面層產(chǎn)生合適的壓應(yīng)力，從而抑制裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展，使材料強(qiáng)度、韌性、表面微硬度提高的方法。

強(qiáng)界面層狀復(fù)合陶瓷的斷裂過程示意圖

該類層狀復(fù)合陶瓷具有強(qiáng)-強(qiáng)多層界面特征，通常是兩種強(qiáng)度較高的單體或復(fù)合陶瓷交錯相隔、逐層疊加而獲得的。

3.延性夾層裂紋僑聯(lián)增韌

延性夾層裂紋僑聯(lián)增韌是利用延性層的塑性變形來消耗、吸收能量，并在裂紋尾部形成橋聯(lián)而阻止裂紋擴(kuò)張，從而改善材料的斷裂韌性。延性層可以以連續(xù)層的狀態(tài)存在，選擇塑性變形能力很強(qiáng)的金屬或樹脂等有機(jī)物。

延性夾層裂紋僑聯(lián)增韌示意圖

（粉體網(wǎng)編輯整理/橙子）