梁 飛 趙 婧

(榆林市新科技開發(fā)有限公司, 陜西 榆林 718100)

前言

陶瓷是材料世界中三大家族之一，但因其彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性較差，難以滿足苛刻工況條件的要求。故改善陶瓷的脆性、增大其強(qiáng)度、提高其在實際應(yīng)用中的可靠性成為該材料能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。晶須是具有近似規(guī)整截面，其截面積小于5.2×10-4cm2，長徑比為5～1 000 ，甚至更高，且內(nèi)、外結(jié)構(gòu)幾乎完整的一類單晶纖維材料[1]。作為一種新穎的增強(qiáng)材料，其具有高強(qiáng)、堅韌、耐熱、耐磨、導(dǎo)電、阻尼、阻燃、吸波等特殊功能，有著廣泛的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)的增韌方式主要有相變、連續(xù)纖維、顆粒和延性相增韌等方法，其中大部分都以犧牲陶瓷的原有特長為代價。晶須強(qiáng)韌化是用高強(qiáng)度、高模量的陶瓷纖維與陶瓷基體構(gòu)成陶瓷基復(fù)合材料，靠裂紋偏轉(zhuǎn)彎曲、纖維脫粘、纖維拔出和纖維橋連等機(jī)制，來達(dá)到提高陶瓷韌性和強(qiáng)度的目的，這樣的復(fù)合材料稱作纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。晶須對陶瓷的增強(qiáng)、增韌效果不僅取決于纖維和陶瓷本身的性能(強(qiáng)度、彈性模量、線脹系數(shù)等)，而且還取決于兩者間是否有良好的匹配性(物理和化學(xué)相容性)及界面的結(jié)合狀態(tài)。因此有的陶瓷材料加入纖維后，可能強(qiáng)度和韌性同時提高，而有的陶瓷材料則僅僅韌性提高而強(qiáng)度下降。對陶瓷材料來說，韌性往往顯得要比強(qiáng)度更為重要，有時即便是復(fù)合后僅韌性提高而強(qiáng)度下降，這樣的復(fù)合也是值得的[2]。晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料強(qiáng)韌化機(jī)制的研究，受到了國內(nèi)外學(xué)者的高度重視，其成果為高韌性陶瓷基復(fù)合材料的設(shè)計提供了重要的理論根據(jù)。筆者主要介紹了近年來在強(qiáng)韌化機(jī)制研究方面的進(jìn)展，以期促進(jìn)晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的進(jìn)一步的研究和發(fā)展。

1 晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備

其制備方法主要有以下兩種：

1)外加晶須法。即通過晶須分散、晶須與基體混合、成形、再經(jīng)煅燒制得增韌陶瓷，如加入到氧化物、碳化物、氮化物等基體中得到增韌陶瓷復(fù)合材料，此法目前應(yīng)用較為普遍；

2)原位生長晶須法。將陶瓷基體粉末和晶須生長助劑等直接混合成形，在一定的條件下原位合成晶須，同時制備出含有該晶須的陶瓷復(fù)合材料，這種方法目前尚未成熟，有待進(jìn)一步探索。

制備過程主要有3個：晶須的分散、成形和燒結(jié)。

1.1 晶須的分散

其主要包括：①酸洗清理。對晶須進(jìn)行酸洗清理或熱處理，可改變其表面的氧含量，從而影響晶須/基體界面的性質(zhì)。②晶須的過篩與分選。晶須的過篩有兩種效果：一是將緊密粘結(jié)在一起而又不易分離的晶須團(tuán)聚體或夾雜物除去：二是是晶須的尺寸大小控制在一定范圍內(nèi)。

1.2 成形方法

成形方法主要包括：半干法成形、注漿成形、流延成形、注射成形、擠出成形和軋模成形。

1.3 燒結(jié)工藝

其燒結(jié)工藝主要有無壓燒結(jié)和壓力輔助燒結(jié)。

1.3.1 無壓燒結(jié)

相對熱壓和熱等靜壓燒結(jié)的溫度高、工藝復(fù)雜、設(shè)備造價高等缺陷，無壓燒結(jié)在含有添加劑的情況下具有燒結(jié)溫度低、工藝簡單、設(shè)備造價低等優(yōu)點。在Si-C晶須增強(qiáng)的陶瓷復(fù)合材料在沒有添加燒結(jié)助劑的情況下，實現(xiàn)了碳化硅晶須增強(qiáng)鋯莫來石復(fù)合材料的常壓燒結(jié)，碳化硅晶須的添加明顯提高了鋯莫來石材料的力學(xué)性能，實現(xiàn)了良好的物理化學(xué)匹配性。

1.3.2 壓力輔助燒結(jié)

壓力輔助燒結(jié)主要有熱等靜壓法、化學(xué)氣相滲透法和放電等離子體燒結(jié)法。

1.3.2.1 熱等靜壓法

熱等靜壓(HIP)工藝具有降低燒結(jié)溫度、抑制晶粒長大、減少添加劑含量等優(yōu)點。這主要是由于HIP燒結(jié)過程中，作用于樣品表面各向均衡的壓力，既能促進(jìn)致密化過程，又能抑制晶粒的長大，因而更有利于改善材料的性能。熱壓燒結(jié)是通過高溫和壓力同時作用克服晶須的架橋效應(yīng)，晶須含量可達(dá)到60%，致密度可達(dá)到理論密度的95%。熱等靜壓與熱壓燒結(jié)工藝相比，具有一定程度上降低燒結(jié)溫度的優(yōu)點，但存在燒結(jié)工藝更加復(fù)雜、設(shè)備造價更高、不能進(jìn)行大件制品燒結(jié)等缺陷，故在實際生產(chǎn)中應(yīng)用受到限制。

1.3.2.2 化學(xué)氣相滲透(CVI)法

傳統(tǒng)的晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料使用燒結(jié)助劑來燒結(jié)，但是高溫時低熔相的存在會破壞基體中的晶須，并且傳統(tǒng)的燒結(jié)方法會形成強(qiáng)的晶須與基體界面，從而降低晶須的增韌效果。化學(xué)氣相沉積在Si-C晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料中運用日趨成熟，大大提高了復(fù)合材料的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度。

1.3.2.3 放電等離子體燒結(jié)法

放電等離子體燒結(jié)是一種利用通入脈沖電流進(jìn)行加熱燒結(jié)的方法，與熱壓燒結(jié)類似的燒結(jié)過程也是在一定壓力作用下進(jìn)行的，所不同的是借助于放電等離子體燒結(jié)，復(fù)合材料可在較低溫度下達(dá)到同樣的燒結(jié)致密度。放電等離子燒結(jié)與傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)有著本質(zhì)的區(qū)別，其主要特點是通過陶瓷顆粒間的空位瞬時產(chǎn)生放電等離子，放電等離子激活和凈化燒結(jié)體內(nèi)部表面，進(jìn)而使得這些顆粒自身發(fā)熱，在極短的時間內(nèi)實現(xiàn)熱傳導(dǎo)和物質(zhì)傳導(dǎo)，因而具有非常高的熱效率，可在相當(dāng)短的時間內(nèi)使燒結(jié)體達(dá)到致密。

2 晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料匹配原則

將晶須加入到陶瓷中，主要是為了提高韌性的同時又不降低其強(qiáng)度。晶須的增韌作用主要是由晶須與基體形成的界面性質(zhì)決定的。兩者的結(jié)合力太強(qiáng)(完全粘結(jié))，陶瓷基體仍呈現(xiàn)脆性；反之結(jié)合力太弱，則強(qiáng)度明顯降低[3]；只有當(dāng)結(jié)合力適當(dāng)?shù)臅r候，才能保證陶瓷基復(fù)合材料表現(xiàn)出一定的韌性?？梢娞幚砗镁ы?基體界面的結(jié)合程度至關(guān)重要，但這是相當(dāng)困難的。晶須與基體有物理作用和化學(xué)作用，因此晶須增韌陶瓷的設(shè)計準(zhǔn)則就是要處理好兩者在化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)(即熱膨脹系數(shù)及彈性模量)上的相互匹配。

2.1 晶須與基體在化學(xué)性質(zhì)上的相互匹配

如果晶須與基體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則形成的界面層將是和晶須與基體都不同的新晶相。這種界面的結(jié)合通常是比較強(qiáng)的，但形成的產(chǎn)物相如果和反應(yīng)物的體積不同，將會引起殘余應(yīng)力，影響界面的剪切強(qiáng)度。另外化學(xué)反應(yīng)會使晶須的性能下降，因此應(yīng)盡量避免化學(xué)反應(yīng)，否則將會造成晶須的嚴(yán)重?fù)p傷，或使晶須和基體改性，這最終都將會影響復(fù)合材料的總體性能。

2.2 晶須與基體在熱膨脹系數(shù)上的匹配

由于晶須與基體是兩種不同的物質(zhì)，因而要求它們在熱膨脹系數(shù)上完全一致是不可能的，即使是同一種化合物，由于形態(tài)上的差異或者存在各向異性，熱膨脹系數(shù)也不可能完全一致。由于熱膨脹系數(shù)失配，復(fù)合材料在高溫?zé)Y(jié)后的冷卻中將會產(chǎn)生界面應(yīng)力，應(yīng)力的大小與兩者的熱膨脹系數(shù)之差：△α=αm-αw，( αm、αw分別為基體、晶須的熱膨脹系數(shù)) 成正比。

晶須與基體的熱膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近或晶須稍大于基體[4]。在制備復(fù)合材料的過程中，如能利用晶須與基體在熱膨脹上的不一致，使復(fù)合材料在基體上產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，則對整個復(fù)合材料的性能是有益的?；w受壓可起到預(yù)應(yīng)力作用，達(dá)到既增韌又補(bǔ)強(qiáng)的效果。當(dāng)然，此時的壓應(yīng)力或張應(yīng)力(晶須的受力狀態(tài))不宜太大，否則將導(dǎo)致界面分離和微裂紋，甚至產(chǎn)生晶須斷裂，導(dǎo)致復(fù)合材料強(qiáng)度降低。

2.3 晶須與基體在彈性模量上的匹配

按照混合物的分配原則，當(dāng)Ew>Em時，在外加應(yīng)力的作用下，晶須能夠分擔(dān)整個復(fù)合材料中更多的載荷水平。因此，在所選的系統(tǒng)中，如果Ew>Em，復(fù)合材料強(qiáng)度就不可能大于基體本身的原有強(qiáng)度。要求所選用的晶須具有較高的彈性模量是必然的，最好是Ew>Em。因此，在彈性模量的匹配上，應(yīng)選用高彈性模量的晶須，如果和低彈性模量的基體匹配則既補(bǔ)強(qiáng)又增韌；如果和高彈性模量的基體匹配，則主要是增韌?？梢娂尤氲教沾苫鶑?fù)合材料中的晶須，要求耐高溫、高強(qiáng)度、高彈性模量以及化學(xué)穩(wěn)定性好。目前使用比較多的是碳化硅晶須，其次是氮化硅晶須。

界面厚度一般<1 nm，所以在各種組分的系統(tǒng)中，基體與晶須的結(jié)合究竟是物理結(jié)合還是化學(xué)結(jié)合，有時是很難區(qū)分的。此外界面結(jié)合力也很難直接測定。究竟界面結(jié)合力多大時才能達(dá)到最佳的韌化及強(qiáng)化效果，也未能給出一個定量的概念。總之，無論是在界面結(jié)合力大小的理論方面，還是在實驗控制方面，目前的研究都處于探索階段。

3 晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料機(jī)理

晶須強(qiáng)化增韌被認(rèn)為是解決材料高溫韌性的有效方法，而且與連續(xù)纖維強(qiáng)化增韌相比，晶須增韌的工藝更為簡便。因此，晶須增韌成為了改善陶瓷韌性的一種最常用方法[5]。

陶瓷晶須和纖維增韌機(jī)理：裂紋彎曲、裂紋偏轉(zhuǎn)、纖維脫粘、纖維拔出和纖維橋聯(lián)等方法。但是晶須增韌復(fù)合材料也存在不少問題：如晶須成本過高且性能分散性大，分散晶須工藝復(fù)雜，晶須有致癌作用等。

晶須增韌陶瓷復(fù)合材料主要有2種方法：外加晶須法和原位生長晶須法。外加晶須法是把一定量的晶須加入到氧化物、碳化物、氮化物等基體中獲得復(fù)合材料的一種辦法，這種辦法比較常用；原位生長晶須法是一種晶須合成法，是利用陶瓷基粉體和外加添加助劑使其發(fā)生反應(yīng)，并在原位生成晶須，達(dá)到增韌的目的。

3.1 裂紋彎曲和偏轉(zhuǎn)增韌

在基體中擴(kuò)展的裂紋遇到晶須時發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因，是在晶須周圍沿晶須/基體界面存在著由于彈性模量或熱膨脹系數(shù)不匹配而引起的應(yīng)力場。裂紋與顯微組織的相互作用形式?jīng)Q定于這種應(yīng)力場的性質(zhì)。反之，如果αw>αm，或Ew> Em，則裂紋在晶須周圍發(fā)生偏轉(zhuǎn)，繞過晶須擴(kuò)展；如果αw<αm，或Ew

在裂紋擴(kuò)展尖端應(yīng)力場中，增強(qiáng)體會導(dǎo)致裂紋彎曲和倔轉(zhuǎn)，從而使基體的應(yīng)力場強(qiáng)度因子降低，起到阻礙裂紋擴(kuò)展的作用。隨增強(qiáng)體長徑比的增大，裂紋彎曲增韌的效果增加。裂紋一般很難穿過晶須，更容易繞過晶須并盡量貼近表面而擴(kuò)展，即裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)。增韌效果主要決定于第二相的形狀，且以針狀、棒狀最好，球狀最差。第二相體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.2時，再增加含量，韌性增加不明顯。第二相長徑比越大，裂紋偏轉(zhuǎn)對韌性貢獻(xiàn)越大，但長徑比的影響存在漸近極限值，即進(jìn)一步增加第二相長徑比，韌性增加減少。晶須是長徑比極大的短細(xì)纖維，對實現(xiàn)這種機(jī)制十分有利。當(dāng)晶須長徑比為12時，最大韌化效果可使基體材料的斷裂韌性提高約4倍。裂紋偏轉(zhuǎn)增韌示意圖如圖1所示。

圖1 裂紋偏轉(zhuǎn)增韌示意圖

裂紋偏轉(zhuǎn)后受的拉應(yīng)力往往低于偏轉(zhuǎn)前的，而且裂紋的擴(kuò)展路徑增長，裂紋擴(kuò)展中需消耗更多的能量，因而起到增韌的作用。裂紋偏轉(zhuǎn)可以繞著晶須傾斜偏轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)，一般認(rèn)為，裂紋偏轉(zhuǎn)增韌主要是扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)機(jī)制起作用。

3.2 晶須脫粘增韌

圖2 晶須和短纖維脫粘增韌示意圖

在復(fù)合材料中，晶須或短纖維脫粘會產(chǎn)生新表面，因此需要能量，如圖2所示。盡管單位面積的表面能很小，但所有脫粘纖維總的表面能則很大。假設(shè)纖維的脫粘能等于應(yīng)力釋放引起的纖維上的應(yīng)變釋放能，則每根纖維的脫粘能為：

式中：d——纖維直徑；

Zf——纖維彈性模量。

將纖維體積Vf=(πd2/4)·l代入，則可求出單位面積的最大脫粘能QD：

由上述分析可知，若想通過纖維脫粘達(dá)到最大增韌效果，應(yīng)使纖維體積含量增高，lc要大，即纖維與基體的界面要弱。因為lc與界面應(yīng)力成反比。

3.3 晶須橋連增韌

對于特定位向和分布的晶須，裂紋很難偏轉(zhuǎn)．只能沿著原來的擴(kuò)展方向繼續(xù)擴(kuò)展，如圖3所示。這時緊靠裂紋尖端處的晶須并未斷裂，而是在裂紋兩側(cè)搭橋，使裂紋表面產(chǎn)生一個壓應(yīng)力．以抵消外加拉應(yīng)力的作用，從而使裂紋難以進(jìn)一步擴(kuò)展，起到增韌作用，即纖維橋連增韌。

圖3 晶須和短纖維橋連增韌示意圖

3.4 晶須拔出增韌

晶須拔出是指靠近裂紋尖端的晶須或短纖維在外力作用下沿著它和基體的界面滑出的現(xiàn)象。纖維拔出示意圖如圖4所示。很顯然纖維首先發(fā)生脫粘才能拔出。纖維撥出會使裂紋尖端應(yīng)力松弛，從而減緩了裂紋的擴(kuò)展。纖維的拔出需要外力作功，因此起到增韌作用。

提高界面的結(jié)合強(qiáng)度會提高纖維的拔出效應(yīng)對韌性的貢獻(xiàn)。如果纖維與基體間的結(jié)合力太弱，稍受力纖維就會從基體中拔出?；w無法把外界載荷傳遞給纖維，纖維不能成為承受載荷的主體，因為界面強(qiáng)韌化效果差，甚至可能界面結(jié)合稀松，纖維的存在類似于孔洞，反而會降低強(qiáng)度和韌性；反之如果纖維與基體的界面結(jié)合強(qiáng)度過高，則不能發(fā)生纖維與基體的界面解離(裂紋偏轉(zhuǎn)的一部分)和纖維的拔出，材料將以災(zāi)難性的脆性方式斷裂面不是以韌性方式斷裂，雖然可以提高強(qiáng)度但不能提高韌性。因此，影響增韌效果最為關(guān)鍵的問題之一是界面強(qiáng)度，此界面強(qiáng)度應(yīng)適中，不能高于纖維的斷裂強(qiáng)度。

圖4 晶須和短纖維拔出增韌示意圖

4 影響晶須增韌的因素

晶須的強(qiáng)化作用和增韌作用主要是由晶須與基體形成的界面性質(zhì)決定的。為了獲得較好的強(qiáng)化效果，要求界面結(jié)合力盡可能大。但如果界面結(jié)合力太強(qiáng)(完全粘結(jié))，則仍表現(xiàn)出陶瓷基體的脆性；反之結(jié)合力太弱，則強(qiáng)度降低。只有當(dāng)結(jié)合力適當(dāng)?shù)臅r候，才能保證陶瓷基復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能配合。

4.1 界面性質(zhì)

4.1.1 界面的物理相容性

界面的物理相容性是指纖維與基體間彈性模量和線脹系數(shù)的關(guān)系。纖維和基體一般是不同的物質(zhì)，因而線脹系數(shù)和彈性模量通常是不同的，即使是同種物質(zhì)(如SiC纖維和SiC陶瓷基體)，因晶體結(jié)構(gòu)不同或各向異性，其線脹系數(shù)和彈性模量也會有所不同，而線脹系數(shù)和彈性模量的差異會對纖維強(qiáng)韌化的效果產(chǎn)生非常重要的影響。

由于材料在燒結(jié)后的冷卻過程中，因線脹系數(shù)不同，在界面上會產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變，甚至可能因陶瓷基體本身的脆性(大多數(shù)陶瓷材料的斷裂應(yīng)變值小于0.05%)面出現(xiàn)微裂紋，這種現(xiàn)象稱為熱失配。殘余應(yīng)力正比于ΔαΔT，其中Δα=αf-αm，αf和αm分別為纖維和基體的線脹系數(shù)；Δα是燒結(jié)溫度與當(dāng)前溫度的差值。若Δα>0，即纖維線脹系數(shù)大于基體線脹系數(shù)時，纖維沿軸向受拉應(yīng)力，基體受壓應(yīng)力，纖維產(chǎn)生一定的預(yù)拉應(yīng)力，成為載荷的主要承載者，有利于強(qiáng)度和韌性的提高；反之若Δα<0，纖維沿軸向受壓應(yīng)力，基體受拉應(yīng)力，當(dāng)材料受外力作用時，纖維不能先于基體象提載荷，不利于強(qiáng)韌化。因此對同一種纖維，基體的線脹系數(shù)小，強(qiáng)韌化效果好。

在應(yīng)變相同的情況下，若纖維的彈性模量比基體大，纖維將分散大部分載荷，從而有利于強(qiáng)韌化；反之若纖維彈性模量小于基體的，則纖維的作用不能充分發(fā)揮出來。因此一般要求Ef>Em、和αf>αm、Ef、Em、αf、αm分別為纖維和基體的彈性模量和線脹系數(shù)。

4.1.2 界面的化學(xué)相容性

界面化學(xué)相容性是指在燒結(jié)和使用溫度下，纖維與基體間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)及纖維性能在該溫度下不致退化，否則纖維的增強(qiáng)補(bǔ)韌作用將會降低，而且還會因此材料帶來的缺陷導(dǎo)致材料的性能下降。因此有必要研究纖維與基體之間界面的結(jié)合方式及其對材料性能的影響。

纖維與基體的界面結(jié)合有兩種：一種是物理結(jié)合，另一種是化學(xué)結(jié)合。當(dāng)界面為物理結(jié)合時，界面兩相僅為機(jī)械咬合。界面結(jié)合強(qiáng)度較低，這時只須考慮彈性模量和膨脹系數(shù)的匹配性即可，而無須考慮化學(xué)的相容性。而當(dāng)界面為化學(xué)結(jié)合時，界面有新相生成，且晶相間為化學(xué)鍵相連接，界面結(jié)合強(qiáng)度較高，不易發(fā)生界面解離和纖維拔出，有利于增強(qiáng)、增韌。但若界面結(jié)合過強(qiáng)(超過纖維強(qiáng)度)，不能發(fā)生界面解離和纖維拔出，只能導(dǎo)致纖維斷裂；過多的纖維斷裂，必將導(dǎo)致材料以脆性方式斷裂，雖然可提高強(qiáng)度，但卻不能提高韌性。

實際上，在正常的燒結(jié)溫度下，纖維一般不會與陶瓷基體發(fā)生全面的化學(xué)反應(yīng)而損害纖維的整體性能，但往往會與基體發(fā)生—定的界面反應(yīng)，形成過強(qiáng)的界面強(qiáng)度：比如碳纖維會與多種陶瓷特別是氧化物陶瓷形成過強(qiáng)的界面。因此，為獲得良好的增韌效果，通常要對纖維進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫱繉犹幚?，以起到隔離作用，防止形成過強(qiáng)的界面。

4.2 晶須的性能

1)晶須尺寸要從晶須的長徑比來考慮。隨著晶須長徑比的增加，晶須完整性就會越好，結(jié)構(gòu)中所包含的缺陷也會減少，晶須性能會越高。但是晶須長徑比越小會導(dǎo)致單位體積用量的增多和界面面積增大，在基質(zhì)中不易分布均勻，造成復(fù)合困難。總之復(fù)合材料對SiC晶須的共同要求是：完整的β-SiC晶須單晶含量高，直晶率高，彎晶和復(fù)晶的含量低，晶須的直徑、長短和長徑比的分布均勻性好，晶須中的缺陷少，雜質(zhì)的含量低。

2)晶須含量的不同將會影響到增韌機(jī)理和復(fù)合材料的斷裂模式。復(fù)合材料的斷裂韌性隨晶須含量Vf(Vf是晶須的體積含量)的增加而增大。但是，隨著晶須含量的增加，由于晶須的橋聯(lián)作用，使復(fù)合材料的燒結(jié)致密化困難。因此，晶須含量存在臨界含量和最佳含量。如果晶須含量過高易形成團(tuán)聚，在基體中分散不均勻，使復(fù)合材料的斷裂韌性值不會太高；反之如果晶須含量過低，不但起不到增韌的作用，反而會成為多余夾雜甚至成為缺陷源。因此晶須只能在一定的含量下，才能有效實現(xiàn)增韌作用，根據(jù)簡化模型可以計算晶須的最佳配比。

3)晶須強(qiáng)度增韌效應(yīng)分析顯示晶須的強(qiáng)度是很重要的。隨著晶須強(qiáng)度的增加，橋接增韌效應(yīng)也增加；同樣拔出效應(yīng)也隨晶須強(qiáng)度增加而增加；而含缺陷的晶須導(dǎo)致增韌效果降低。

4)晶須排布。晶須在基體中的排布方向?qū)υ鲰g效果影響很大。當(dāng)晶須增韌陶瓷刀具材料，晶須排布平行于前刀面時，晶須徑向受拉，造成界面脫離基體，起不到增韌的效果;當(dāng)晶須排布垂直于前刀面時，晶須軸向受拉，通過裂紋偏轉(zhuǎn)和拔出效應(yīng)吸收裂紋擴(kuò)展能量，起到增韌的效果。

5 研究展望

1)新品種晶須的研究與開發(fā)。目前晶須品種少，質(zhì)量不穩(wěn)定，難以根據(jù)不同的基體自由選擇晶須。研究和開發(fā)高質(zhì)量的新晶須，降低晶須的成本，是深入開展晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的研究、促進(jìn)其實用化的前提。

2)晶須表面處理技術(shù)的研究。晶須增韌的各種機(jī)制、增韌效果均由晶須/基體界面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)決定，晶須表面處理的研究對解決界面的結(jié)合問題有重要作用，目前這方面的研究還很少。

3)成形技術(shù)和燒結(jié)工藝的改進(jìn)。目前的成形技術(shù)不能確保高晶須含量得以均勻分布或晶須不被損傷， 燒結(jié)工藝也限制了這類材料的實用化。因此改進(jìn)成形技術(shù)和燒結(jié)工藝是得到重復(fù)性好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)越的晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的關(guān)鍵。重點是發(fā)展能使高晶須含量分布均勻而晶須又不被損傷的成形技術(shù)和燒結(jié)工藝。

4)深入探討晶須/陶瓷復(fù)合材料的制備工藝，進(jìn)一步探索原位法制備陶瓷復(fù)合材料，目前這方面的研究還很少。

5) 晶須的表面處理對解決界面的結(jié)合問題有重要作用，因此應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)控制界面化學(xué)成分的技術(shù)。