166 航空材料学报 第26卷 间的相互支撑作用,增大横向裂纹扩展的面积,增大 断裂功。同时,由于层片之间的相互作用还引发基 体层片之间的二次开裂,消耗外力功,提高材料的断 裂韧性 250um 图9并行裂纹 Fig9 Adnate flaws 242界面层对裂纹的偏折作用 10m 图10表达了界面层对裂纹的偏折作用。裂纹 沿着箭头方向在基体中扩展,此时裂纹尖端的应力 图11基体内的从裂纹 场为三维应力场,直到遇到界面层时,由于界面层相 Fig 11 Flaws in matrix 对于基体层力学性能要弱得多,导致界面层材料优 先开裂,裂纹尖端所受的三维应力场在基体层与界 面层的边界处变成二维应力场,导致裂纹发生偏转 继而沿着界面层继续扩展。裂纹在界面层的偏转增 加裂纹扩展路径,也增加裂纹开裂形成的新表面面 积,消耗外力功,提高材料的韧性。 另一方面,对于层状陶瓷复合材料来说,由于裂 纹在界面层发生偏转基体层仍可以独立断裂,而每 层基体层断裂时均产生新的临界裂纹,这就要消 图12基体片层的相互支撑 耗外界能量,这部分能量的消耗增加断裂功,提高材 Fig 12 Supporting be ween the 料的韧性。 atrix layer 3结论 1)采用凝胶注模法+热压法制备出了致密的 AO3(YAG)/LaPO4氧化物基层状陶瓷复合材料 (2)层状陶瓷复合材料的裂纹扩展路径相对于 块体材料而言曲折复杂得多,裂纹扩展路径的总体 100n 长度远大于试样的厚度。 图10界面层对裂纹的偏折作用 (3)层状复合材料的增韧机理有以下几种:并 Fig 10 Deflexion of interface layer 行裂纹扩展;界面层对裂纹的偏折作用;基体层内从 on the flaws 裂纹;基体层内微裂纹;层片间相互支撑。 243基体层内从裂纹 参考文献 图11为基体内的从裂纹。可以看出随着主裂1 LAWN BR AN R, PADTURENITN P, CA IHong-da,enal 纹向前扩展,在基体层内引发了从裂纹,从而也增加 Mak ing ceram ics"Ductile"[J. Science, 1994, 263: 1114 了裂纹扩展的路径,消耗了外力功,增加了材料的断 1116 裂韧性 [2 CLEGGW J, KENDALL K, AL FORD NM A smp le way b 244层片间相互支撑 make bugh ceram ics [J] Nature, 1990, 347(10):455 如图12所示,随着主裂纹的扩展,出现层片之 o1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net航 空 材 料 学 报 第 26卷 图 9 并行裂纹 Fig. 9 Adnate flaws 2. 4. 2 界面层对裂纹的偏折作用 图 10表达了界面层对裂纹的偏折作用。裂纹 沿着箭头方向在基体中扩展 ,此时裂纹尖端的应力 场为三维应力场 ,直到遇到界面层时 ,由于界面层相 对于基体层力学性能要弱得多 ,导致界面层材料优 先开裂 ,裂纹尖端所受的三维应力场在基体层与界 面层的边界处变成二维应力场 ,导致裂纹发生偏转 , 继而沿着界面层继续扩展。裂纹在界面层的偏转增 加裂纹扩展路径 ,也增加裂纹开裂形成的新表面面 积 ,消耗外力功 ,提高材料的韧性。 另一方面 ,对于层状陶瓷复合材料来说 ,由于裂 纹在界面层发生偏转 ,基体层仍可以独立断裂 ,而每 一层基体层断裂时均产生新的临界裂纹 ,这就要消 耗外界能量 ,这部分能量的消耗增加断裂功 ,提高材 料的韧性。 图 10 界面层对裂纹的偏折作用 Fig. 10 Deflexion of interface layer on the flaws 2. 4. 3 基体层内从裂纹 图 11为基体内的从裂纹。可以看出 ,随着主裂 纹向前扩展 ,在基体层内引发了从裂纹 ,从而也增加 了裂纹扩展的路径 ,消耗了外力功 ,增加了材料的断 裂韧性。 2. 4. 4 层片间相互支撑 如图 12所示 ,随着主裂纹的扩展 ,出现层片之 间的相互支撑作用 ,增大横向裂纹扩展的面积 ,增大 断裂功。同时 ,由于层片之间的相互作用 ,还引发基 体层片之间的二次开裂 ,消耗外力功 ,提高材料的断 裂韧性。 图 11 基体内的从裂纹 Fig. 11 Flaws in matrix 图 12 基体片层的相互支撑 Fig. 12 Supporting between the matrix layer 3 结 论 (1)采用凝胶注模法 +热压法制备出了致密的 A l2O3 ( YAG) / LaPO4 氧化物基层状陶瓷复合材料。 (2)层状陶瓷复合材料的裂纹扩展路径相对于 块体材料而言曲折复杂得多 ,裂纹扩展路径的总体 长度远大于试样的厚度。 (3)层状复合材料的增韧机理有以下几种 :并 行裂纹扩展 ;界面层对裂纹的偏折作用 ;基体层内从 裂纹 ;基体层内微裂纹 ;层片间相互支撑。 参考文献 : [ 1 ] LAWN BR IAN R, PADTURE N ITIN P, CA IHong2da, et al. Making ceram ics“Ductile”[ J ]. Science, 1994, 263: 1114 - 1116. [ 2 ] CLEGGW J, KENDALL K,ALFORD N M. A simp le way to make tough ceram ics[ J ]. Nature, 1990, 347 ( 10 ) : 455 - 447. 166