Vezelcomposietharding van aluminiumoxide keramiek

Studies hebben aangetoond dat de hardingsefficiëntie van keramiek met continue vezels groter is dan die van andere hardingsmethoden en verreweg de hoogste taaiheid is die in keramische series kan worden bereikt, die kan oplopen tot ongeveer 20Mpa.m1/2. Zo wordt het een zeer effectieve manier om de brosheid van keramische materialen te verbeteren. Het is dus een zeer effectieve manier om de brosheid van aluminiumoxide keramiek te verbeteren.

De methode dispergeert vezels met een hoge sterkte en elasticiteitsmodulus in de keramische matrix. Wanneer het composietmateriaal wordt blootgesteld aan externe krachten, wordt een deel van de belasting gedragen door de vezels, waardoor de belasting op de matrix zelf wordt verminderd. Bovendien hebben de vezels in de matrix een uittrekmechanisme wanneer ze breken onder een kracht die groter is dan hun sterkte. Daarnaast zorgen deze vezels ook voor scheuroverbrugging en doorbuiging in de matrix om uitbreiding van de scheur te voorkomen. Deze drie hardingsmechanismen werken samen om keramische materialen veel taaier te maken.
Momenteel worden er verschillende soorten vezels gebruikt voor Al2O3 keramiek zoals C-vezels, SiC-vezels en aluminosilicaatvezels. Het is gebleken dat een hogere aspectratio van de vezels het taaiheidseffect verbetert. Bij het gebruik van vezels is het taaieffect beter door het gebruik van driedimensionaal vlechten van vezels. Xie Zhengfang gebruikte het vlechten van C-vezels om Al2O3 materialen te harden en de breuktaaiheid was hoger door een groot aantal vezels die uit het breukvlak trokken, wat een typisch ductiel breukpatroon vertoonde.
Net als vezels worden whiskers momenteel gebruikt om Al2O3 keramiek meer te harden, en het effect is ook zeer goed. Omdat de whisker is een kristalstructuur groei, zeer kleine diameter (meestal minder dan 3 um) korte vezels. De kristalgebreken, zeer geordende atomaire rangschikking, sterkte dicht bij de theoretische waarde van de bindingskracht tussen naburige atomen. Theorie en praktijk hebben bewezen dat het wordt toegepast op het harden van keramiek, om de taaiheid te verbeteren heeft een bepaald effect. Zoals SiC whiskers (volumefractie van maximaal 20% ~ 30%) geïntroduceerd in de Al2O3-gebaseerde keramiek in de taaiheid van maximaal 8 ~ 8,5 Mpa.m1/2, maar meer dan 1000 graden Celsius, is de taaiheid afgenomen.
Li Guoxing in de Al2O3 micropoeder MgB2 toe te voegen, bij 900 graden Celsius groei van bamboe-achtige bionische MgO snorharen, de taaiheid van de verbetering van de rol van een goede. Pettersson met een volumefractie van 30% van Ti (C, N) snorharen, zodat de breuktaaiheid van de Al2O3 keramiek verhoogd tot meer dan 5,0 Mpa.m1 / 2.
Naast de mechanismen van whiskerharding, zoals uittrekken, scheurafbuiging, scheuroverbrugging en pinning, is ook de hoge sterkte van de whiskers zelf een reden. Daarom kan in theorie het verbeteren van de sterkte van de whisker, het verlagen van de elasticiteitsmodulus en het verbeteren van de lengte-diameterverhouding het taaieffect verbeteren.
In de afgelopen jaren hebben nanobuizen veel aandacht getrokken vanwege hun uitstekende eigenschappen. De elasticiteitsmodulus, sterkte en andere eigenschappen zijn superieur. Het gebruik van nanomaterialen zoals nano-C buizen en andere buizen en staven voor het harden van aluminiumoxide keramiek kan onverwachte resultaten opleveren en er zijn niet veel rapporten op dit gebied. Het nadeel van het harden van Al2O3-keramiek met vezels en whisker is dat de menguniformiteit moeilijk te garanderen is.