无机材料学报 14卷 (AA120)均质化合物,内层是抗缺陷的非均质AA120,在最优表面厚度(约有100m)时 当生长的裂纹长度处于两个极端(p≥30N,p≥200N时,单独显示A或B的优异性质,中 等程度裂纹(200N≥p≥30N)时,内层中显微结构元素(如晶粒桥联)通过对裂纹尖端施加 闭合应力来稳定裂纹,表面层的存在有效地把这些稳定元素从裂纹尾部区域移走,因此复合 物强度和韧性值处于两种材料之间,可见复合物的性质集中了均质材料的高强、非均质材料 的高韧的优点 Stress Ductile layer Ig icrack size) Brittle layer 图2陶瓷/金属层状复合初的裂纹生长 图3几种材料的压痕负载一强度曲线 Fig. 2 Crack growth of ceramic/metal lam. Fig 3 Load producing impress strength curves of sever- nated composites A: materal with prr R-curve behaviorB: material with R-curve Folson等用同样的思路发展了一种用A2O3/碳纤维增强的环氧树脂层状复合物 层提供高强度、髙硬度和耐磨性,而环氧树脂层提供高韧性、耐缺陷性 这种三层结构对从表面缺陷引发的断裂有效,而对其它情况例如非等轴拉伸,整个材料 的横截面受到同样的应用应力,这时对强度和韧性没有丝毫贡献 2.2界面残余应力增强增韧 利用层状复合陶瓷的基体层与夹层之间热膨胀系数、收缩率的不匹配或者某层中相变而 使层间有应变差,引入残余应力场增强增韧机制.残余应力可通过ⅹ射线测定,也可计算 出 以下分别讨论三层和多层复合设计两种情况 2.2.1三层设计表面强化增强增韧 设计三层复合陶瓷时,利用材料热膨胀系数差异或相变,调节各自层数、层厚,可使表 面层产生合适压应力.因为压缩区的应力区围绕裂纹尖端,抑制裂纹的发生和扩展,所以表 面层如有压应力,它的断裂疲劳阻抗就会明显的提高,临界裂纹长度减小,导致强度、韧性 提高,表面微硬度也有一定提高,实例见表 2.2.2多层设计界面变“强”裂纹偏转增韧 与2.1.1裂纹直接和颗粒相互作用而偏转不同,本设计在多层复合陶瓷中引入应力使界 面变“强”,当裂纹扩散到界面时,其尖端与应力场作用而偏转,并可能使裂纹开叉.Om 201994-2009ChinaAcademicJournaleLectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net(AAT20) 均质化合物 , 内层是抗缺陷的非均质 AAT20 , 在最优表面厚度 (约有 100μm) 时 , 当生长的裂纹长度处于两个极端 ( p Ε30N , p Ε200N) 时 , 单独显示 A 或 B 的优异性质 , 中 等程度裂纹 (200N Ε p Ε30N) 时 , 内层中显微结构元素 (如晶粒桥联) 通过对裂纹尖端施加 闭合应力来稳定裂纹 , 表面层的存在有效地把这些稳定元素从裂纹尾部区域移走 , 因此复合 物强度和韧性值处于两种材料之间 , 可见复合物的性质集中了均质材料的高强、非均质材料 的高韧的优点 1 图 2 陶瓷Π金属层状复合物的裂纹生长 Fig12 Crack growth of ceramicΠmetal lami2 nated composites 图 3 几种材料的压痕负载 —强度曲线 Fig13 Load producing impress strength curves of sever2 al materials A : material with non2R2curve behaviorB : material with R2curve behavior C: laminated composite Folson 等用同样的思路发展了一种用 Al2O3Π碳纤维增强的环氧树脂层状复合物 [12 ] , Al2O3 层提供高强度、高硬度和耐磨性 , 而环氧树脂层提供高韧性、耐缺陷性 1 这种三层结构对从表面缺陷引发的断裂有效 , 而对其它情况例如非等轴拉伸 , 整个材料 的横截面受到同样的应用应力 , 这时对强度和韧性没有丝毫贡献 1 212 界面残余应力增强增韧 利用层状复合陶瓷的基体层与夹层之间热膨胀系数、收缩率的不匹配或者某层中相变而 使层间有应变差 , 引入残余应力场增强增韧机制 1 残余应力可通过 X 射线测定 , 也可计算 出 1 以下分别讨论三层和多层复合设计两种情况 1 21211 三层设计表面强化增强增韧 设计三层复合陶瓷时 , 利用材料热膨胀系数差异或相变 , 调节各自层数、层厚 , 可使表 面层产生合适压应力 1 因为压缩区的应力区围绕裂纹尖端 , 抑制裂纹的发生和扩展 , 所以表 面层如有压应力 , 它的断裂Π疲劳阻抗就会明显的提高 , 临界裂纹长度减小 , 导致强度、韧性 提高 , 表面微硬度也有一定提高 , 实例见表 11 21212 多层设计界面变“强”裂纹偏转增韧 与 21111 裂纹直接和颗粒相互作用而偏转不同 , 本设计在多层复合陶瓷中引入应力使界 面变“强”, 当裂纹扩散到界面时 , 其尖端与应力场作用而偏转 , 并可能使裂纹开叉 1Om 522 无 机 材 料 学 报 14 卷