1.2.2 復合增韌陶瓷材料的組織

1.復合增韌陶瓷材料的組織特征

所謂復合材料，就是人為地把一種材料混入某種基體材料之中而得到的多相材料，它不是利用相變在材料內部產生的。圖1-19所示為復合材料組織的模型。圖1-20和圖1-21所示分別是C纖維/SiO₂纖維增強復合材料橫截面和C纖維/Si₃N₄纖維增強復合材料橫截面的光學顯微照片。

圖1-22和圖1-23分別為顆粒增強ZrO₂顆粒/Al₂O₃和ZrO₂顆粒/（莫來石+Al₂O₃）復合材料的顯微組織。圖1-24和圖1-25分別是晶須增強SiC晶須/ZrO₂和SiC晶須/Al₂O₃復合材料的顯微組織。圖1-26所示為顆粒和晶須聯合增強Al₂O₃+ZrO₂顆粒+SiC晶須復合材料的顯微組織。

2.陶瓷基復合材料的界面

界面是復合材料的一個很重要的問題，界面的性質決定了復合材料的性能。界面的性質主要是指界面的物理和化學的相容性：物理相容性是指基體和增強體之間彈性模量和線脹系數是否匹配；化學相容性是指它們之間是否存在化學反應或者界面反應層。

界面可以分為兩大類：

一類是沒有反應層的界面，這類界面是增強體與基體直接結合，形成共格、半共格、非共格界面，晶須或者顆粒增強的陶瓷基復合材料中增強體和基體的界面大多是非共格界面，這種界面比存在化學反應的界面較弱，有利于界面的解離和韌性的提高。圖1-27所示為SiC晶須/ZrO₂（含有質量分數為2%的Y₂O₃）復合材料的界面結構，圖1-28為（α+β）-賽隆/SiC顆粒復合材料中α/β-賽隆界面和β-賽隆/SiC晶須顆粒界面的HREM像。可以看出，界面均為原子之間直接結合。

另外一類是具有反應層的界面，在增強體和基體之間存在一個反應層或者擴散層，這一個中間層將增強體和基體緊密地結合在一起，增加了界面的結合強度。圖1-29所示為SiC晶須/ZrO₂（含有質量分數為6%的Y₂O₃）復合材料的界面結構，可以清楚地看到界面中間反應層的形成。界面中間反應層的形成及其性質與形成界面兩相的化學相容性、原材料粉體的表面化學純度和材料燒結添加劑的類型和含量等因素有關。