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打不碎的韧性陶瓷-陶瓷纤维篇

2018-11-17    来源:    作者:  浏览次数:1213
①陶瓷,是用物理化学方法制造出来的最早的人造材料。一万多年以前,它的诞生使人类由旧石器时代进入了新石器时代。然而,陶瓷的脆性一直是它的致命弱点,如果能够克服这个弱点,再加上它原有的耐磨、耐高温、耐腐蚀等非常有价值的性能,那么陶瓷材料的前途将远远超过现代的优质合金。
②可喜的是,经过科学家的不懈努力,终于找到了克服陶瓷脆性的“药方”
③首先,从改善内部结构着手。研究表明,在陶瓷的原料中添加少量的氧化钇、氧化镁、氧化钙等粉末,经高温炼制成氧化锆陶瓷后,其中的氧化锆便生成两种晶体:立方晶体和四方晶体。当陶瓷受到外力作用时,四方晶体便变成一种单斜晶体,体积迅速“膨胀”。由于晶体的体积急速增大,进而可阻止陶瓷中原先存在的细微裂纹的扩展,陶瓷就不会破裂了。有人在氧化铝坯料中加入二氧化锆,当加入量为基体体积的15%时,陶瓷的硬度可以提高3倍,有人称之为“陶瓷钢”。
④其次,将纤维均匀地分布于陶瓷的原料中,以提高陶瓷的强度和韧性,其原理与我们在石灰中加入纸筋相类似。这是因为,将纤维加入陶瓷原料中,具有以下三大作用:纤维不易拉断,在工作时可承担大部分外加负荷,减轻陶瓷的负担,使裂纹不易产生;纤维与陶瓷体结合在一起后,具有很大的摩擦力,于是,陶瓷的韧性可以大大增加;即使陶瓷出现了细微裂纹,纤维也能将它们紧紧拉住,使裂纹不至于进一步扩展开来。
⑤第三,还在改善陶瓷表面状态方面下功夫。一般来说,陶瓷的断裂大都从表面开始,因此,改善陶瓷表面状态就犹如为防止陶瓷的破损设下了一道屏障。具体方法为:通过化学和机械抛光技术消除陶瓷的表面缺陷;对氮化硅、碳化硅等非氧化物,只要通过控制表面氧化技术,就可消除表面缺陷或使裂纹尖端变钝;通过热处理也可达到表面强化或增韧的目的。
⑥经过特殊加工的陶瓷,再也不是那种碰不得、摔不起的“瓷娃娃”了,即使把它丢在水泥地上也毫无损伤。这种打不碎的陶瓷,目前已经广泛应用于一些高科技领域,如用来制造汽车、飞机、快艇的发动机和其他重要零部件。这类陶瓷材料无疑将有广阔的发展前景。
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