從1971年，Beall首次提出可加工玻璃陶瓷的概念，經(jīng)過(guò)30多年的努力，到現(xiàn)在已出現(xiàn)了多種可加工陶瓷，從微觀結(jié)構(gòu)與材料可加工性機(jī)理的關(guān)系禾看，主要有可加工多孔陶瓷、復(fù)相陶瓷以及化合物等。
(l)可加工多孔陶瓷.多孔陶瓷中由于氣孑L的存在對(duì)材料的力學(xué)性能在往產(chǎn)生不利影響。然而，許多情況下多孔陶瓷的使用也有很多優(yōu)點(diǎn)，如在耐火材料、高溫過(guò)濾器、催化載體、熱絕緣體、氣體燃燒器等應(yīng)用方面。另一方面，由于多孔陶瓷低的彈性模量，它還可能作為一種典型的可加一材料，但由于多孔陶瓷的強(qiáng)度隨著孔隙率的增加而呈指數(shù)下降，很大程度上限制了它的應(yīng)用范圍。
①碳化硅陶瓷 Katsuaki等以B-SiC與20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）聚苯乙烯并在少量有機(jī)黏合劑混合作用下，在1473- 2173K氬氣氣氛下，無(wú)壓燒結(jié)制得在SiC孔隙中彌散納米級(jí)渦流層狀碳的多孔SiC材料，除了孔狀結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)外，該材料的可加工性主要由于孔中層狀碳的存在，這些層狀碳在加-過(guò)程中起到潤(rùn)滑劑的作用。Katsuaki等認(rèn)為這種由p-SiC形成的7L狀陶瓷中嵌有軟相結(jié)構(gòu)以賦予材料可加上性的模型，也可應(yīng)用于其它的陶瓷材料中，這種可加工陶瓷直到1500℃都保持良好的強(qiáng)度，當(dāng)然，由于孔隙的存在，其力學(xué)性能還不夠理想。
②氮化硅陶瓷眾所周知，燒結(jié)的Si3 N。主要由球狀的a—Si3N4，和柱狀B一Si.Ni組成，而其強(qiáng)度則來(lái)源于后者，對(duì)于多晶Si3N。陶瓷，其柱狀晶體在相對(duì)弱界面存在時(shí)可使韌性提高，此與弱界面偏轉(zhuǎn)裂紋誘發(fā)的橋聯(lián)機(jī)制密切相關(guān)。Kawai等在制備多孔Si3 N4陶瓷時(shí)有選擇性地使柱狀B-Si3N；晶粒在三維方向隨機(jī)相接形成閉孔的多孔Si3 Ni陶瓷，該陶瓷的強(qiáng)度比同氣孔隙率普通Si3N。陶瓷的強(qiáng)度有很大的提高，孔隙率為38. 3%時(shí)彎曲強(qiáng)度可達(dá)405MPa，而且由于弱界面的存在使其容易用合金鋼刀具加工但在報(bào)道中也指出，不能得到孔隙率為38%以上的多孔(3-Si3Nt，這可能是由于p-Si3Nt晶粒的非均勻生長(zhǎng)在燒結(jié)中受到了致密化的干擾。氮化硅陶瓷也不適合在高溫的氧化環(huán)境下使用。
(2)復(fù)相陶瓷
①含云母的玻璃陶瓷 1970年，美國(guó)的G. H. Beall在理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上發(fā)表了題為“云母玻璃陶瓷”的文章，首次制備出云母玻璃陶瓷，即由組成為Si02-Bz()3-AI2()3一Mg()K2()F泵玻璃轉(zhuǎn)變而來(lái)的氟云母玻璃陶瓷。玻璃陶瓷具有優(yōu)良的用鋼制刀具加工的性能，高的機(jī)械強(qiáng)度和抗震性，優(yōu)良的抗熱震性和極佳的絕緣性。此后，D．G. Grossman也成功地從四元體系K2()MgF2, -Mg( )-SiO2制備出四硅氟金云母可加工玻璃陶瓷。云母相的存在是玻璃陶瓷可加1：性的主要來(lái)源二但是同時(shí)具有較高力學(xué)強(qiáng)度、良好的抗熱震性能，且容易加工的云母基玻璃陶瓷還
不多見。此外，由于玻璃相軟化或晶相粗化，使得玻璃陶瓷的使用溫度受到限制，通常在高于800'C時(shí)便不能使用。而且多數(shù)云母玻璃基陶瓷都是通過(guò)熔融法和溶膠一凝膠法得到的，所以制造成本很高。
②含有弱界面的復(fù)相陶瓷 在單相陶瓷中引入第二相形成非均相結(jié)構(gòu)可以改善材料的許多力學(xué)性能，同時(shí)這種微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法亦可用于改善陶瓷材料的可加工性，這種微結(jié)構(gòu)包括粗長(zhǎng)的晶牲、第二相的存在以及弱的晶界。相對(duì)單組分均相陶瓷，具有微觀非均相的陶瓷有利于材料損傷形成和去除的機(jī)制，而且晶間微裂紋對(duì)非均相陶瓷的斷裂強(qiáng)度影響不大，非均相結(jié)構(gòu)中對(duì)可加工起關(guān)鍵作用的是存在于晶界區(qū)域的弱界面。
Paciiure等通過(guò)研究指出將弱界面、長(zhǎng)晶粒以及內(nèi)部應(yīng)力引入SiC的顯微結(jié)構(gòu)中制成非均相SiC陶瓷，可顯著地改善SiC的可加工性。在SiC陶瓷中，非均相結(jié)構(gòu)中對(duì)可加T性起關(guān)鍵作用的是存在于晶界區(qū)域的弱界面，弱界面可以使裂紋偏析、橋聯(lián)甚至捕獲裂紋，從而使具有微觀非均相的陶瓷相對(duì)于單組分均相陶瓷有利于材料損傷形成和去除的機(jī)制。加工過(guò)程中微觀非均相陶瓷在晶界K域形成晶間微裂紋，從而導(dǎo)致個(gè)別品粒的移位，但加工過(guò)程中只產(chǎn)生了分散在淺表面的界面微裂紋．從而加工強(qiáng)度幾乎沒有損失。但是Padture等同時(shí)也指出，這種可加工陶瓷加工性的提高是以強(qiáng)度和韌性的下陣為代價(jià)的結(jié)果。另外SiC陶瓷不能在高溫的氧化環(huán)境中使用，也是限制其發(fā)展的—個(gè)原因。
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本文“可加工陶瓷研究進(jìn)展”由科眾陶瓷編輯整理，修訂時(shí)間：2019-03-16 15:21:56
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