晶须增强陶瓷

以晶须为增强体、陶瓷为基体，通过复合工艺制得的新型陶瓷材料。它既保留了陶瓷基体的主要特性,又通过晶须的增强增韧作用，改善了陶瓷基体的性能。材料可以用外加晶须与基体原料混合、成型、烧结而成(称外加晶须补强陶瓷基复合材料)；也可以在一定温度下热处理，使坯体内部生长出晶须，然后烧结而成(称原位生长晶须补强陶瓷基复合材料)，前一种工艺容易控制晶须含量，但难以清除晶须团聚现象，后者可以实现晶须均匀分布，但含量难以精确控制。合理的界面状态有利于发挥晶须作用，获得优越性能。晶须增强陶瓷基材料比单一陶瓷材料性能好，但价格相对较高，主要用于国防工业航空航天以及精密机械零件等方面。

(1)从熔体中直接制造纤维的方法。这种方法是在电弧炉或电阻炉中将原料熔化后，再用横向气流吹丝制成纤维。玻璃纤维、硅酸铝纤维即是用这一方法制取的。

(2)原料纤维热分解的方法。例如，碳纤维材料就是用天然纤维或合成纤维（如聚丙烯腈）经过热裂解后制得的。碳纤维的机械性质与热裂解温度密切相关，1500～1600℃进行热裂解可达到强度的最大值。

(3)化学气相沉积的方法(CVD法)。这种方法常用于制取碳化物、氮化物和硼纤维等材料。陶瓷材料在外加负荷作用下，容易在裂纹尖端处产生应力集中，并因裂纹迅速扩展，呈现脆性断裂。而在纤维增强陶瓷复合材料中，主要载荷由增强纤维所承受，且当裂纹扩展遇到纤维时，纤维即可把剩余的能量吸收掉，阻止裂纹的延伸，从而提高了陶瓷基体的强度和韧性。

晶须增强陶瓷基复合材料的性能比短纤维增强陶瓷基复合材料优越，它具有较好的断裂韧性、优异的耐高温蠕变性能、均一的强度以及较高的耐磨损性和耐腐蚀性。但这类材料的断裂韧性往往低于连续纤维增强的陶瓷基复合材料。碳化硅晶须的加入会使氮化硅的烧结变得更困难，引入烧结助剂后可改善其烧结性能，所得复合材料具有较高强度。但是烧结助剂在提高烧结性能的同时也带来了副作用，形成了玻璃相，这种玻璃相在高温下与晶须及基体间的结合强度都很低，且玻璃相本身的强度低，对晶须还有强烈的腐蚀作用，从而会造成晶须强度下降，因此对复合材料的高温强度不利。一般情况下，该复合材料的强度和韧性随碳化硅晶须含量的增加而提高。

纤维增强复合材料可以看作是在基体相中均匀分布着多晶纤维或晶须。这类材料应用很广，如塑料基复合材料（玻璃纤维增强尼龙、增强聚丙烯、增强苯乙烯等）。橡胶基复合材料（合成纤维或玻璃纤维增强橡胶等）和金属基复合材料（硼纤维或碳纤维增强铝等）。纤维（晶须）增强陶瓷复合材料则是同陶瓷作基体相的一种新型材料。如氮化物纤维增强氧化铝、碳化硅连续纤维增强氮化硅、碳纤维增强氮化硅等复合材料。

无机纤维的性质和制法目前所用的无机纤维有多晶纤维、复合纤维和单晶纤维（即晶须）。它们是由高温氧化物或难熔的非氧化合物组成的。多晶纤维有玻璃纤维、石英纤维、硅酸铝纤维、碳素纤维、硼纤维、氧化物纤维、氮化物纤维和碳化物纤维等。复合纤维有SiC纤维、BC纤维，单晶纤维（晶须）是直径仅为几微米的单晶体，包括陶瓷晶须和金属晶须。增强纤维材料应具有高的比强度和比弹性率。它们的性质与纤维材料的种类、晶体结构（单晶或多晶体）以及纤维的断面积和长度等因素有关。