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第1章 绪论1

1.1 先进陶瓷材料的现状与研究进展1

1.1.1 功能陶瓷1

1.1.2 结构陶瓷2

1.2 多相复合陶瓷的出现和发展前景7

1.3 本书的主要内容9

参考文献11

第2章 多相复合陶瓷12

2.1 多相复合陶瓷的定义12

2.2 多相复合陶瓷的分类16

2.3 多相复合陶瓷的原材料及其特性19

2.3.1 基体材料及其特性19

2.3.2 增强体材料及其特性24

2.4 多相复合陶瓷的强韧化机制28

2.4.1 陶瓷材料的脆性本质及其强韧化类型28

2.4.2 多相复合陶瓷常见的强韧化机制及其影响因素31

2.4.3 强韧化机理的发展36

2.5 多相复合陶瓷的显微结构设计37

2.5.1 非相变型的多相复合陶瓷增韧的微观结构模型37

2.5.2 相变型显微结构设计40

参考文献41

第3章 晶须补强增韧多相复合陶瓷44

3.1 概述44

3.2 晶须45

3.3 晶须的增韧机理及其影响因素46

3.3.1 晶须的增韧机理46

3.3.2 晶须增韧作用的影响因素56

3.4 晶须补强增韧多相复合陶瓷的设计58

3.4.1 概述58

3.4.2 晶须与基体之间的物理匹配59

3.4.3 晶须和基体之间的化学相容性60

3.5 晶须补强增韧多相复合陶瓷的制备61

3.5.1 SiC晶须的分散工艺62

3.5.2 烧结致密化工艺63

3.6 晶界和界面的设计与调控64

3.6.1 助烧剂的选择和优化65

3.6.2 晶须的处理和表面状态68

3.6.3 晶界与界面的结晶化热处理70

3.7 晶须增韧行为分析模型71

3.7.1 尾流区与晶须分布71

3.7.2 尾流区晶须补强基本模式76

3.7.3 晶须的力学行为77

3.7.4 架桥应力分析83

3.7.5 R曲线行为94

3.8 晶须定向排布与复合材料的性能99

3.8.1 定向排布的SiC(w)/Si3N4复合材料的制备工艺100

3.8.2 晶须定向度的表征方法102

3.8.3 晶须定向排布对SiC(w)/Si3N4复合材料烧结性能的影响104

3.8.4 晶须定向排布对SiC(w)/Si3N4复合材料的力学性能的影响110

3.8.5 晶须定向排布对SiC(w)/Si3N4复合材料电学性能的影响114

3.9 常见的晶须补强增韧多相复合陶瓷120

3.9.1 晶须补强增韧Al2O3陶瓷基复合材料120

3.9.2 晶须补强Si3N4陶瓷基复合材料121

3.9.3 晶须补强ZrO2陶瓷基复合材料122

3.9.4 晶须补强莫来石陶瓷基复合材料123

3.9.5 晶须补强增韧石英玻璃基复合材料124

3.9.6 晶须增强玻璃基复合材料125

参考文献126

第4章 颗粒弥散增韧多相复合陶瓷131

4.1 颗粒弥散增韧多相复合陶瓷的设计131

4.2 颗粒弥散增韧多相复合陶瓷的增韧机理133

4.2.1 非相变颗粒弥散复合陶瓷的增韧机理134

4.2.2 多颗粒多层次微观复合陶瓷的内应力表征与强韧化设计139

4.2.3 颗粒弥散复合陶瓷断裂分形的微观韧化理论151

4.3 颗粒弥散增韧多相复合陶瓷的制备160

4.3.1 颗粒弥散复合陶瓷的先进制备工艺160

4.3.2 纳米复合陶瓷的制备工艺164

4.4 颗粒弥散增韧陶瓷的优化设计与性能分析166

4.4.1 概述166

4.4.2 复合陶瓷的组分优化与设计167

4.4.3 非相变与相变颗粒复合陶瓷的组分设计与性能分析169

4.4.4 纳米-微米颗粒复合陶瓷组分与性能的量化分析170

4.4.5 硬质颗粒混合增强陶瓷的分阶段优化设计175

4.4.6 高组元颗粒弥散复合陶瓷的群相优化设计179

4.4.7 复合陶瓷粉体合成过程中的工艺优化184

4.5 颗粒弥散增韧耐磨复合陶瓷的应用187

4.5.1 耐磨复合陶瓷的系统化设计188

4.5.2 耐磨性评估与实验验证191

4.5.3 新型耐磨复合陶瓷系列产品的开发应用192

参考文献193

第5章 ZrO2相变增韧陶瓷198

5.1 概述198

5.2 ZrO2的结构与性能200

5.2.1 ZrO2的晶体结构类型及其特性200

5.2.2 ZrO2的稳定性203

5.2.3 氧化锆中的m-t马氏体相变206

5.3 ZrO2超细粉体的制备209

5.3.1 ZrO2超细粉体是制备高性能ZrO2相变增韧陶瓷的基础209

5.3.2 陶瓷超细粉体制备工艺211

5.3.3 共沉淀法制备超细ZrO2粉体213

5.3.4 微乳液法制备超细球形ZrO2粉体215

5.3.5 其他常用的超细ZrO2粉体制备工艺229

5.4 ZrO2相变增韧机理233

5.4.1 应力诱导相变增韧233

5.4.2 相变诱发微裂纹增韧234

5.4.3 裂纹偏转和弯曲增韧236

5.4.4 裂纹分叉增韧236

5.4.5 表面相变增韧236

5.5 ZrO2相变增韧陶瓷的类型238

5.5.1 概述238

5.5.2 部分稳定氧化锆陶瓷240

5.5.3 四方相氧化锆多晶体陶瓷243

5.5.4 氧化锆增韧陶瓷244

5.6 ZrO2相变增韧陶瓷的特异性能247

5.6.1 Ce-TZP陶瓷的形状记忆效应247

5.6.2 Ce-TZP材料形状记忆效应分析249

5.6.3 Ce-TZP陶瓷铁弹性畴转及伪弹性增韧机理252

5.6.4 Ce-TZP陶瓷在应力作用下的相变特性259

5.7 ZrO2相变增韧陶瓷的增韧力学行为与相变准则263

5.7.1 裂纹尖端高应力引发相变增韧的力学行为263

5.7.2 相变多晶体细观本构理论与增韧研究265

5.7.3 陶瓷增韧力学中的相变准则267

5.8 ZrO2相变增韧陶瓷的应用272

5.8.1 在发动机、内燃机中的应用273

5.8.2 在磨介和磨具领域的应用273

5.8.3 其他领域的应用275

5.8.4 在国内的应用展望277

参考文献278

第6章 仿竹木结构的纤维独石复合陶瓷284

6.1 概述284

6.2 纤维独石结构复合陶瓷的设计要点286

6.2.1 材料体系的选择和优化286

6.2.2 工艺参数、结构参数和几何参数的优化287

6.3 纤维独石结构复合陶瓷的制备工艺288

6.3.1 基体纤维坯体的成型288

6.3.2 界面分隔层的形成290

6.3.3 纤维的排布291

6.3.4 排胶和烧结292

6.4 一维定向排列的纤维独石结构复合陶瓷的结构与性能293

6.4.1 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的结构293

6.4.2 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的特殊性能293

6.4.3 影响纤维独石结构复合陶瓷性能的主要因素296

6.5 二维片层垂直交叉排布的纤维独石结构复合陶瓷的结构与力学性能303

6.5.1 二维片层垂直交叉排布的Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的结构303

6.5.2 二维片层垂直交叉排布的Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的力学性能304

6.5.3 二维片层垂直交叉排布的Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的断裂机制306

6.6 0°/45°/90°/-45°/0°排布的纤维独石结构复合陶瓷的结构与力学性能307

6.6.1 0°/45°/90°/-45°/0°排布的Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的结构307

6.6.2 0°/45°/90°/-45°/0°排布的Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的力学性能308

6.6.3 0°/45°/90°/-45°/0°排布纤维独石结构复合陶瓷的断裂机制309

6.7 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的阻力曲线行为311

6.7.1 阻力曲线的理论基础311

6.7.2 陶瓷材料R曲线测定方法313

6.7.3 实验方案与过程314

6.7.4 R曲线的计算315

6.7.5 实验结果318

6.8 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的高温强度324

6.8.1 概述324

6.8.2 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的力学性能324

6.8.3 分析与讨论325

6.9 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的抗热震性能328

6.9.1 概述328

6.9.2 实验方法329

6.9.3 试样的抗热震性能330

6.9.4 影响抗热震性能的因素331

6.10 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的高温蠕变行为334

6.10.1 概述334

6.10.2 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的抗蠕变性能335

6.10.3 高温蠕变理论337

6.10.4 Si3N4/BN纤维独石结构复合陶瓷的蠕变机理339

6.11 纤维独石结构复合陶瓷的断裂行为342

6.11.1 断裂模型的基本假设342

6.11.2 模型的计算344

6.11.3 计算结果与实验的对比及预测344

6.11.4 影响断裂韧性的主要因素347

参考文献351

第7章 仿贝壳珍珠岩结构的层状复合陶瓷353

7.1 概述353

7.2 层状结构复合陶瓷的设计355

7.2.1 层状结构复合陶瓷的基本类型355

7.2.2 基体材料的选择与优化357

7.2.3 界面层的选择与优化357

7.2.4 影响层状结构复合陶瓷性能的因素358

7.3 层状结构复合陶瓷的制备工艺358

7.3.1 基体片层的成型359

7.3.2 界面层的形成360

7.4 层状结构复合陶瓷的结构与性能361

7.4.1 特殊的结构特征与开裂方式361

7.4.2 非脆性破坏行为363

7.4.3 断裂功363

7.4.4 影响层状结构复合陶瓷力学性能的因素364

7.4.5 界面层的精细结构369

7.4.6 不同尺度多级增韧机制的协同增韧作用372

7.5 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的高温性能374

7.5.1 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的高温弹性模量374

7.5.2 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的高温抗弯强度376

7.5.3 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的高温载荷-位移曲线379

7.5.4 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的高温显微结构382

7.6 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的高温氧化行为389

7.6.1 MYA-LC的氧化行为389

7.6.2 LYA-LC的氧化行为394

7.7 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的抗蠕变性能397

7.7.1 实验方法397

7.7.2 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的高温蠕变行为399

7.7.3 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷的蠕变机制405

7.8 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷界面韧性的测试与表征407

7.8.1 概述407

7.8.2 Si3N4/BN层状结构复合陶瓷界面韧性的实验方法412

7.8.3 三点弯曲法对界面韧性的测试与表征413

7.8.4 四点弯曲法对界面韧性的测试与表征424

7.9 层状结构复合陶瓷的断裂模型与预测437

7.9.1 层状结构复合陶瓷的断裂模型438

7.9.2 断裂过程的模拟计算440

7.9.3 模拟结果与预测442

7.10 其他层状结构复合陶瓷447

7.10.1 Al2O3/ZrO2层状结构复合陶瓷447

7.10.2 Al2O3/Ti3SiC2层状结构复合陶瓷449

7.10.3 可加工梯度功能层状结构复合陶瓷451

7.11 仿生结构复合陶瓷的应用前景455

参考文献458

名词索引462

人名索引469

附录 与本书内容有关的背景材料475