第3期 ALO3(YAG)naPO4层状陶瓷复合材料研究 165 图5氧化物基层状陶瓷材料的微观形貌 图6氧化物基层状陶瓷复合材料的层厚比 Fig 5 SE m icograph of oxide matrix Fig 6 Thickness rati beween matrix and 22层状陶瓷复合材料的主要性能 在断裂过程中裂纹的扩展路径,可以看出,层状陶瓷 层状陶瓷复合材料的力学性能如表1所示,可复合材料的裂纹扩展路径相对于块体材料而言,曲 以看出,由于层状陶瓷复合材料具有独特的宏观结折复杂得多,裂纹扩展路径的总体长度要远远大于 构特点,呈现出较好的强韧性。 试样的厚度。所以层状陶瓷复合材料相对于块体材 23层状陶瓷复合材料断裂过程中裂纹的扩展路径料而言,断裂时形成开裂裂纹新的表面所消耗的能 图7为AO3(YAG)基体材料在断裂过程中裂量要大得多,这就增加了材料的断裂功,从而极大地 纹的扩展路径。可以看出,基体材料的裂纹扩展路提高材料的断裂韧性。 线比较平直,也比较简单,裂纹扩展路径的长度基本24层状陶瓷复合材料的强韧化机理 等于试样的厚度。 41并行裂纹扩展 图8为AO3(YAG)naPO4层状陶瓷复合材料 如图9所示,随着层状陶瓷复合材料主裂纹向 表1层状陶瓷复合材料的力学性能 Table 1 Mechanical perfomance of lam inated ceram ic composites McCnancal penoimancc Flexual strengt Fracture toughness RT/MPa 1250℃/MPa RT/MPa·m121250℃MPa·m1a ALO3+ YAG LapO46685±208(n=11)5865±258(n=11)13.8±86(n=11)112±05(n=11) Thickness rato be ween matrix and soft layer 图7ALO3(YAG)基体材料裂纹的扩展路径 图8ALO3(YAG)aPO4层状陶瓷裂纹 Fig 7 Crack propagation path in AbO3( YAG) 的扩展路径 during frac turing Fig 8 Crack propagation path in ALO, (YAG)/LaRA during frac turing 前扩展,伴随有次生并行裂纹出现,而且向不同的方 向扩展。这些并行裂纹的出现和扩展,会成倍地增面面积随之增加,增大裂纹扩展的阻力,从而增加材 加裂纹扩展的路径,而且由于并行裂纹产生的新表料的断裂功,提高材料的断裂韧性 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net第 3期 A l2O3 ( YAG) /LaPO4 层状陶瓷复合材料研究 图 5 氧化物基层状陶瓷材料的微观形貌 Fig. 5 SEM m icrograph of oxide matrix lam inated ceramic 图 6 氧化物基层状陶瓷复合材料的层厚比 Fig. 6 Thickness ratio between matrix and soft layer 2. 2 层状陶瓷复合材料的主要性能 层状陶瓷复合材料的力学性能如表 1所示 ,可 以看出 ,由于层状陶瓷复合材料具有独特的宏观结 构特点 ,呈现出较好的强韧性。 2. 3 层状陶瓷复合材料断裂过程中裂纹的扩展路径 图 7为 A l2O3 ( YAG)基体材料在断裂过程中裂 纹的扩展路径。可以看出 ,基体材料的裂纹扩展路 线比较平直 ,也比较简单 ,裂纹扩展路径的长度基本 等于试样的厚度。 图 8为 A l2O3 ( YAG) /LaPO4 层状陶瓷复合材料 在断裂过程中裂纹的扩展路径 ,可以看出 ,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要远远大于 试样的厚度。所以层状陶瓷复合材料相对于块体材 料而言 ,断裂时形成开裂裂纹新的表面所消耗的能 量要大得多 ,这就增加了材料的断裂功 ,从而极大地 提高材料的断裂韧性。 2. 4 层状陶瓷复合材料的强韧化机理 2. 4. 1 并行裂纹扩展 如图 9所示 ,随着层状陶瓷复合材料主裂纹向 表 1 层状陶瓷复合材料的力学性能 Table 1 Mechanical performance of laminated ceramic composites Composing Mechanical performance Matrix Soft layer Flexual strength RT / MPa Flexual strength 1250℃ / MPa Fracture toughness RT/ MPa·m 1 /2 Fracture toughness 1250℃/MPa·m 1 /2 A l2O3 + YAG LaPO4 668. 5 ±20. 8 ( n 3 = 11) 586. 5 ±25. 8 ( n = 11) 13. 8 ±1. 86 ( n = 11) 11. 2 ±2. 05 ( n = 11) 3 Thickness ratio between matrix and soft layer. 图 7 A l2O3 ( YAG)基体材料裂纹的扩展路径 Fig. 7 Crack p ropagation path in A l2O3 ( YAG) during fracturing 前扩展 ,伴随有次生并行裂纹出现 ,而且向不同的方 向扩展。这些并行裂纹的出现和扩展 ,会成倍地增 加裂纹扩展的路径 ,而且由于并行裂纹产生的新表 图 8 A l2O3 (YAG) /LaPO4 层状陶瓷裂纹 的扩展路径 Fig. 8 Crack p ropagation path in A l2O3 ( YAG) /LaPO4 during fracturing 面面积随之增加 ,增大裂纹扩展的阻力 ,从而增加材 料的断裂功 ,提高材料的断裂韧性。 165