陶瓷基體
關注創建者：匿名 創建時間：2016-03-11
陶瓷基體的視頻教程
纖維增強陶瓷基復合材料鉆削加工
主要通過cohesive surface對熱解碳界面進行建模，詳細教學調用JH2本構對SIC陶瓷基體進行屬性定義。纖維通過3D hashin準則定義失效。也可以用最大應力準則。找作者要帶音頻版教程
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陶瓷基體的實例教程
CVI 工藝的主要優點是：基體制備溫度低，故纖維受損傷小，材料內部殘余應力小；能制備硅化物、碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等多種陶瓷材料，并可實現微觀尺度上的成分設計；在同一CVI 反應室中，可依次進行纖維/基體界面、中間相、基體以及部件外表涂層的沉積；能制備形狀復雜和纖維體積分數高的近尺寸部件。
其不足之處主要有：基體的晶粒尺寸小，材料熱穩定性低；基體的致密化速度慢，生產周期長，制備成本高；預制體的孔隙入口附近氣體濃度高，沉積速度大于內部沉積速度，容易形成“瓶頸效應”而產生密度梯度；制備過程中易產生強烈的腐蝕性產物。
(4) 聚合物先驅體浸漬—裂解（PIP）法[16]
1983 年，日本的S. Yajima 等提出了聚碳硅烷裂解制備SiC 材料的路線，并使SiC 纖維實現工業化生產，先驅體轉化陶瓷材料的巨大潛力逐漸被人們所認識，迅速掀起了先驅體轉化法制備陶瓷材料的研究熱潮。先驅體轉化法開創了從有機物制備無機物的新領域，實現了陶瓷制備工藝的革命性創新，目前已經在陶瓷微粉、陶瓷纖維、陶瓷薄膜、泡沫陶瓷和陶瓷基復合材料等方面取得了眾多成果。在先驅體轉化陶瓷工藝中，聚合物先驅體浸漬－裂解法（Precursor infiltrationand pyrolysis，PIP）是制備陶瓷基復合材料的重要方法，其一般過程是：以纖維預制件（三維編織物、疊層布多孔材料等）為骨架，浸漬聚合物先驅體（溶液或熔融物），在惰性氣體保護下使其交聯固化（或晾干），然后在一定氣氛中進行高溫裂解，從而得到陶瓷基復合材料及構件，重復浸漬－交聯－裂解過程可使復合材料致密化。
展開 基本分類
結構復合材料由基體材料和增強材料兩部分組成：
基體材料，主要起到連接、固定、傳遞、保護等作用，通常由樹脂、金屬和非金屬；
增強材料，核心作用，提供材料的剛度和強度。
復合材料相比金屬材料，復雜得多，具有很多特點，并且可設計。
復合材料按照增強材料的形式，大致分為3類：
顆粒增強復合材料，包括非金屬顆粒+非金屬基體（如混凝土）、金屬顆粒+非金屬基體（如固體火箭劑）和非金屬顆粒+金屬基體（金屬陶瓷）；
纖維增強復合材料，由于纖維比塊狀同樣材料的強度大得多，通過纖維增強，可極大提升比剛度和比強度；其中纖維通常有碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、芳綸纖維等；基體通常有樹脂基體、金屬基體陶瓷基體和碳基體等；此外，纖維增強復合材料按纖維形狀、尺寸可分為連續纖維、短纖維和纖維布等；
層合復合材料，通過兩層或多層不同的復合材料形成。
其中，纖維增強復合材料和層合復合材料是該系列討論的重點。
最后
本文簡要介紹了復合材料的基本概念和分類，下文將主要介紹常用的纖維、基體，及其應用。
下載地址：復合材料力學
展開 2、氣孔率與裂紋
陶瓷材料的強度、彈性模量隨氣孔率的增大而減小。氣孔的增多會使材料的密度下降，即減少了負荷面積。氣孔存在于晶界處會引起應力集中，在外力作用下易形成裂紋。
氣孔率增加，晶粒間接觸面積減小，氣孔間距縮短，有利于裂紋的形成與擴展，增加材料的脆性。
多相交界處的氣孔，本身便相當于裂紋。
3、晶界與裂紋
對由單一晶相組成的陶瓷材料，在外力作用下擴展的裂紋遇到晶界往往會中止，若晶界上有氣孔且應力集中，則裂紋會沿著晶界伸長。多晶材料晶界相中的雜質及第二相晶粒，有時因其脆性和各向異性引起應力即成為裂紋傳播的途徑，有時因有高的能壘而起著阻止裂紋擴展的作用。
陶瓷材料脆性的幾種常見解決措施
1、增大微晶數量，提高瓷體密度與純度
①提高原料微粉質量。在滿足其它工藝要求的前提下，使粉體盡可能細化，粒子的大小與形狀均一，化學純度與相結構單一性好。
②科學選擇燒結溫度，選擇最佳工藝條件，防止晶粒長大。
③確定適當添加物和加入量，抑制晶粒異常長大，促進致密化。
2、相變增韌
通過控制陶瓷體內的相變來克服陶瓷脆性。即利用相變時發生的體積變化，減少裂紋尖端集中的應力，從而達到改善陶瓷脆性的目的。
3、復合材料增韌
在陶瓷基體中加入另一種粒子材料或纖維材料形成復合材料來增韌。
粒子的塑性變形可以吸收一部分能量，從而使裂紋尖端區域高度集中的應力得以部分消除，提高材料對裂紋擴展的抗力。
高強度、高模量的纖維既能為基體分擔大部分外加應力，又可阻止基體內裂紋的擴展。
4、預加應力
通過適當加熱、冷卻的工藝方法在材料表面人為的引入殘余壓力可以提高材料的抗張強度，改善材料的脆性。這種方法不僅在表面造成壓應力，還可使晶粒細化。
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多種復合材料失效標準可供選擇，包括最大應力、最大應變、希爾、霍夫曼、蔡武、哈希、帕克、哈希膠帶或哈希織物
復合材料的漸進式失效分析，以分析材料完全降解后的結構行為
用于抗裂紋生長和裂紋擴展研究的虛擬裂紋閉合技術
使用內聚力模型法界面單元來進行分層模擬分析，適用于各項同性材料和復合材料結構
熱分析和熱固耦合分析
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多種復合材料失效標準可供選擇，包括最大應力、最大應變、希爾、霍夫曼、蔡武、哈希、帕克、哈希膠帶或哈?？椢?復合材料的漸進式失效分析，以分析材料完全降解后的結構行為
用于抗裂紋生長和裂紋擴展研究的虛擬裂紋閉合技術
使用內聚力模型法界面單元來進行分層模擬分析，適用于各項同性材料和復合材料結構
熱分析和熱固耦合分析
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熱變化通常會影響結構響應，反之亦然，需要進行耦合分析以更好地理解物理場。例如，制動系統中的摩擦會產生熱量，溫度梯度可能導致翹曲，而翹曲反過來又可能是不必要的噪音的來源。MSC Nastran 幫助您可以在單個模型中仿真多個物理場，使工程師能夠同時仿真結構荷載和熱荷載的相互作用。
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陶瓷電容用陶瓷做介質，在陶瓷基體兩面噴涂銀層，然后燒成銀質薄膜做極板制成。它的特點是體積小，耐熱性好、損耗小、絕緣電阻高，但容量小，適宜用于高頻電路。
鐵電陶瓷電容容量較大，但是損耗和溫度系數較大，適宜用于低頻電路。
薄膜電容
結構和紙介電容相同，介質是滌綸或者聚苯乙烯。滌綸薄膜電容，介電常數較高，體積小，容量大，穩定性較好，適宜做旁路電容。
纖維增強碳化硅陶瓷基復合材料是以纖維為增強體，碳化硅為基體的陶瓷基復合材料(Ceramic Matrix Composites, CMCs)，除具有碳化硅的優異性能外，還兼具增強纖維輕質高強、耐腐蝕、抗老化等優點，如碳化硅纖維增強碳化硅陶瓷基復合材料(SiC
f/SiC)、碳纖維增強碳化硅陶瓷基復合材料(C
f/SiC, C/C-SiC)等。
碳纖維復合材料是指以碳纖維為增強相、以樹脂、金屬及陶瓷等為基體的復合材料的總稱。汽車用碳纖維復合材料主要為樹脂基碳纖維增強復合材料，與鋼鐵材料相比，能夠減輕40%~60%的質量；與鋁合金材料相比，能夠減輕25%~30%的質量，是汽車輕量化進程中不可或缺的重要材料，主要應用的零部件有車頂橫梁、引擎蓋、翼子板、保險杠、車頂蓋等。國內外部分碳纖維零部件如圖9所示。
先進的陶瓷基復合材料（CMC材料）是把陶瓷纖維（也可以用碳纖維）和陶瓷基體整合成一體，不僅保留了陶瓷耐高溫的特性，同時還具有很高的機械強度和抗熱裂性，且重量只有鎳基合金的三分之一，在尖端應用中嶄露頭角，成為自適應循環發動機的亮點之一。
目前電子陶瓷材料元器件主要包括：光纖陶瓷插芯、陶瓷封裝基座、陶瓷基片、陶瓷基體、接線端子、片式多層陶瓷電容器等，主要材質有氧化物、氮化物、碳化物以及硼化物等?，F代科學技術的高速發展對電子陶瓷材料提出了更加嚴峻的挑戰，也為這一領域的研究和發展創造了新的機會。
3、復合材料增韌
在陶瓷基體中加入另一種粒子材料或纖維材料形成復合材料來增韌。
粒子的塑性變形可以吸收一部分能量，從而使裂紋尖端區域高度集中的應力得以部分消除，提高材料對裂紋擴展的抗力。
高強度、高模量的纖維既能為基體分擔大部分外加應力，又可阻止基體內裂紋的擴展。
復合材料按照增強材料的形式，大致分為3類：
顆粒增強復合材料，包括非金屬顆粒+非金屬基體（如混凝土）、金屬顆粒+非金屬基體（如固體火箭劑）和非金屬顆粒+金屬基體（金屬陶瓷）；
纖維增強復合材料，由于纖維比塊狀同樣材料的強度大得多，通過纖維增強，可極大提升比剛度和比強度；其中纖維通常有碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、芳綸纖維等；基體通常有樹脂基體、金屬基體陶瓷基體和碳基體等；此外，纖維增強復合材料按纖維形狀
納米復合材料
納米復合材料是以樹脂、橡膠、陶瓷和金屬等基體為連續相，以納米尺寸的金屬、半導體、剛性粒子和其他無機粒子、纖維、納米碳管等改性為分散相，通過適當的制備方法將改性劑均勻性地分散于基體材料中，形成一相含有納米尺寸材料的復合體系，這一體系材料稱之為納米復合材料。
在三大合成材料領域納米復合材料是由聚合物、纖維、橡膠與納米材料組合而成的。與傳統材料相比,納米復合材料性能優異。
