.912 北京科技大学学报 第35卷 形貌.从图中可以看出断口处有明显的纤维脱黏和 和显微硬度均呈下降的趋势，而断裂韧性则先升 拔出现象，这也是该复合材料中的主要增韧机制. 高后降低.当先驱纤维体积分数为20%时，纤维 在外加载荷作用下，脆性陶瓷材料的微裂纹处易产 在基体中的分布均匀，复合材料的断裂韧性达最大 生应力集中，使裂纹发生扩展，并最终导致材料的 值9.39MPam22.增韧机制主要为纤维的脱粘和 脆性断裂.加入纤维后，当断裂发生时，纤维从基 拔出. 体中发生脱黏并拔出，通过能量耗散机制，纤维在 拔出过程中消耗了更多的断裂能，从而使复合材料 参考文献 的断裂韧性得到提高. 10 [1]Yan Q J.Development of material science.Mater Rev, 1992(4):6 9 (阁庆甲.材料科学的进展.材料导报，1992(4)：6) [2]Guo J K.The brittleness problem of ceramic material.J Fudan Univ Nat Sci.2003.42(6):822 7 (郭景坤.关于陶瓷材料的脆性问题.复旦学报：自然科学 6 版，2003,42(6)：822) [3]Wen D J.Composite Principle.Wuhan:Wuhan Univer- sity of Technology Press,1998 (闻获江.复合材料原理.武汉：武汉理工大学出版社 5 10152025 1998) 纤维体积分数/% [4]Yang F Y,Zhang X H,Han J C,et al.Characterization of 图7纤维含量对复合材料断裂韧性的影响 hot-pressed short carbon fiber reinforced ZrB2-SiC ultra- Fig.7 Effects of fiber content on the fracture toughness of high temperature ceramic composites.J Alloys Compd, the composites 2009,472(1/2):395 [5]Zhu J K,Luo F,Li P,et al.Effect of short carbon fiber content on the properties of Csf/Al2O3 composites.Me- ter Rev,.2010,24(10):23 (朱建坤，罗发，李鹏，等.短切碳纤维含量对Cs/Al2O3复 合材料性能的影响.材料导报，2010,24(10)：23) [6]Maensiri S,Laokul P,Klinkaewnarong J,et al.Car- bon nanofiber-reinforced alumina nanocomposites:fabri- cation and mechanical properties.Mater Sci Eng A,2007, 447(1/2):44 [7]Zou W,Zhang K Z,Zhang L T,et al.Application of ce- ramic matrix composites to rocket motor.J Solid Rocket S-340020.0kV12.1m×600SE 50.0 Technol,,2000,32(2):60 图8AF20复合材料的断口形貌 (邹武，张康助，张立同，等.陶瓷基复合材料在火箭发动机 Fig.8 Fracture morphology of the AF20 composite 上的应用.固体火箭技术，2000,32(2)：60) [8]Ye Y,Ye W C.Categories and application of ceramic tool 3结论 material.Cemented Carbide,2003,20(3):182 (叶毅，叶伟昌.陶瓷刀具材料的种类与应用.硬质合金， (1)采用真空烧结工艺制备出原位生成碳纤维 2003,20(3):182) 增韧氧化铝复合材料.烧结过程中，PAN预氧化纤 [9]Deng J X,Ding Z L,Zhao J,et al.Self-lubricating ce- 维在444℃左右发生未环化交联的氰基基团反应， ramic tool materials and its cutting performances.Chin 在1073℃左右开始发生复杂的碳化裂解反应形成 J Mech Eng,2003.39(8):106 乱层石墨碳纤维 (邓建新，丁泽良，赵军，等.高温自润滑陶瓷刀具材料及其 切削性能的研究.机械工程学报，2003,39(8)：106) (②)真空热压烧结复合材料的性能明显优于无 [10]Yu Y,Zhu M H,Zeng Y,et al.Test for physical chemical 压烧结 properties of bioactivity ceramic artificial bone composite (3)随先驱纤维含量的增加，复合材料的密度 materials.J Occup Health Damage,2003,18(2):88· 912 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 形貌. 从图中可以看出断口处有明显的纤维脱黏和 拔出现象，这也是该复合材料中的主要增韧机制. 在外加载荷作用下，脆性陶瓷材料的微裂纹处易产 生应力集中，使裂纹发生扩展，并最终导致材料的 脆性断裂. 加入纤维后，当断裂发生时，纤维从基 体中发生脱黏并拔出，通过能量耗散机制，纤维在 拔出过程中消耗了更多的断裂能，从而使复合材料 的断裂韧性得到提高. 图 7 纤维含量对复合材料断裂韧性的影响 Fig.7 Effects of fiber content on the fracture toughness of the composites 图 8 AF20 复合材料的断口形貌 Fig.8 Fracture morphology of the AF20 composite 3 结论 (1) 采用真空烧结工艺制备出原位生成碳纤维 增韧氧化铝复合材料. 烧结过程中，PAN 预氧化纤 维在 444 ℃左右发生未环化交联的氰基基团反应， 在 1073 ℃左右开始发生复杂的碳化裂解反应形成 乱层石墨碳纤维. (2) 真空热压烧结复合材料的性能明显优于无 压烧结. (3) 随先驱纤维含量的增加，复合材料的密度 和显微硬度均呈下降的趋势，而断裂韧性则先升 高后降低. 当先驱纤维体积分数为 20%时，纤维 在基体中的分布均匀，复合材料的断裂韧性达最大 值 9.39 MPa·m1/2 . 增韧机制主要为纤维的脱粘和 拔出. 参 考 文 献 [1] Yan Q J. Development of material science. Mater Rev, 1992(4): 6 (阎庆甲. 材料科学的进展. 材料导报, 1992(4): 6) [2] Guo J K. The brittleness problem of ceramic material. J Fudan Univ Nat Sci, 2003, 42(6): 822 (郭景坤. 关于陶瓷材料的脆性问题. 复旦学报: 自然科学 版, 2003, 42(6): 822) [3] Wen D J. Composite Principle. Wuhan: Wuhan Univer￾sity of Technology Press, 1998 (闻荻江. 复合材料原理. 武汉: 武汉理工大学出版社, 1998) [4] Yang F Y, Zhang X H, Han J C, et al. Characterization of hot-pressed short carbon fiber reinforced ZrB2-SiC ultra￾high temperature ceramic composites. J Alloys Compd, 2009, 472(1/2): 395 [5] Zhu J K, Luo F, Li P, et al. Effect of short carbon fiber content on the properties of Csf/Al2O3 composites. Me￾ter Rev, 2010, 24(10): 23 (朱建坤, 罗发, 李鹏, 等. 短切碳纤维含量对 Csf/Al2O3 复 合材料性能的影响. 材料导报, 2010, 24(10): 23) [6] Maensiri S, Laokul P, Klinkaewnarong J, et al. Car￾bon nanofiber-reinforced alumina nanocomposites: fabri￾cation and mechanical properties. Mater Sci Eng A, 2007, 447(1/2): 44 [7] Zou W, Zhang K Z, Zhang L T, et al. Application of ce￾ramic matrix composites to rocket motor. J Solid Rocket Technol, 2000, 32(2): 60 (邹武, 张康助, 张立同, 等. 陶瓷基复合材料在火箭发动机 上的应用. 固体火箭技术, 2000, 32(2): 60) [8] Ye Y, Ye W C. Categories and application of ceramic tool material. Cemented Carbide, 2003, 20(3): 182 (叶毅, 叶伟昌. 陶瓷刀具材料的种类与应用. 硬质合金, 2003, 20(3): 182) [9] Deng J X, Ding Z L, Zhao J, et al. Self-lubricating ce￾ramic tool materials and its cutting performances. Chin J Mech Eng, 2003, 39(8): 106 (邓建新, 丁泽良, 赵军, 等. 高温自润滑陶瓷刀具材料及其 切削性能的研究. 机械工程学报, 2003, 39(8): 106) [10] Yu Y, Zhu M H, Zeng Y, et al. Test for physical chemical properties of bioactivity ceramic artificial bone composite materials. J Occup Health Damage, 2003, 18(2): 88