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1.4 陶瓷基復合材料強韌性影響因素

圖1-21為CMC內部微結構以及外部環境對強韌化影響的示意圖,這些都是CMC強韌化設計需要考慮的重要因素。作為CMC的四大微結構單元,增強纖維、界面相、基體和涂層的各自種類、結構和缺陷等本征結構無疑會影響CMC的強韌性。作為CMC的主要承載單元,纖維種類、分布和預制體結構等必然影響復合材料的強韌性;界面材料的種類和厚度會影響界面結合強度,界面通過改變載荷的傳遞能力而影響CMC的強韌性;基體的孔隙分布、裂紋分布等會改變陶瓷基體的脆性特征,也會在很大程度上影響復合材料的強韌性;CMC的基體和涂層在本質上沒有嚴格差別,涂層厚度和結構等特征自然會影響CMC的強韌性。

圖1-21 影響CMC強韌性的因素

此外,CMC復雜的微結構與苛刻服役環境(包括熱化學環境和復雜應力環境等)因素之間的耦合作用必然影響微結構單元功能的發揮,從而使CMC的強韌化與微結構和服役環境之間存在非常復雜的非線性響應。因此,強韌化設計除了考慮材料本身的微結構特性,還應同時考慮復雜服役環境的影響。

本章介紹了CMC的四大微結構單元(增強纖維、界面相、基體和涂層)的基本概念、功能與分類,并說明各微結構單元與CMC強韌性的關系;介紹了材料服役環境的各種因素對CMC強韌性影響,應從材料微結構和服役環境兩方面考慮CMC的強韌化設計;最后簡要介紹了聲發射法表征CMC強韌性的方法與優勢。具體強韌化機理和設計途徑將在后續各章節中進行詳細分析。

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