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1、增韧原理增韧原理复合材料在受冲击载荷时材料发生破坏（断裂），其 韧性大小取决于材料吸收冲击能量大小和抵抗裂纹扩展的 能力。在复合材料中，增强材料与基体在增韧上是如何起 作用的呢？经过分析及研究，提出了许多复合材料的增韧 机制，可以应用到复合材料，特别时CMC的设计中，要根 据基体与增强材料的性质和性能考虑不同的增韧方法。主 要增韧机制有：纤维的拔出、脱粘、纤维搭桥增韧颗粒增韧微裂纹增韧相变增韧层状结构增韧纤维的拔出(Debonding)每根纤维的脱粘能量AQp为:AQ p = bM所以纤维拔出能总大于纤维脱粘*韧效果要比纤维脱粘更强。因此,纤维拔出厂纤维桥接(FiberBridge)裂纹扩展方
2、向外应力纤维nni rmnni对于特定位向和分布的 來的扩展方向继续扩展。这th 而是在裂纹两岸搭起小桥，庄 产生一个辰应力，以抵消外 一步扩展，起到增韧作用。K 增加，直到在裂纹尖端形成- 一稳态韧化微裂纹增韧m)颗粒与基体膨胀系数a p和a m ,在颗粒与基体之间可能造成热 膨胀系数失配（Aa =a p-a当Aa 0,颗粒受压应力，当Aa0,颗粒受拉应力，（穿晶）；但也看可能裂纹绕过颗粒在颗粒与基体界面扩展（沿晶）。,颗粒受力。基体受拉应力，裂纹通过基体扩展; 基体受压应力，裂纹通过颗粒扩展色4时的裂纹扩廉路径玺纹扩展跻径餐纹扩展路径不管何种情况，裂纹均增加了扩展的路径，因此增加了裂纹扩展
3、的 阻力，消耗了能量（新的表面），提高了材料的韧性。裂纹偏转和裂纹桥联增韧裂纹桥联是一种裂纹尾部效应。它发生在裂纹尖端，靠桥联 元（剂）连接裂纹的两个表面并提供一个使裂纹面相互靠近 的应力，即闭合应力，这样导致强度因子随裂纹扩展而增加。 裂纹桥联可能穿晶破坏，也有可能出现互锁现象，即裂纹绕 过桥联元沿晶发展（裂纹偏转）并形成摩擦桥。裂纹桥联增 韧值与桥联元（剂）粒径的平方根成正比。延性颗粒增韧在脆性陶瓷基体中加入第二相延性颗粒能明显提高材料的断裂韧性。其增韧机理包括由于裂纹尖端形成的塑性变形区导致裂纹尖端屏蔽以及由 延性颗粒形成的延，性裂纹桥。当基体与延性颗 粒的0C和E值相等时，利用延性裂纹
4、桥可达最佳增 韧效果。但当0C和E值相差足够大时，裂纹发生偏 转绕过金属颗粒，增韧效果较差。相变增韧所谓“相变增韧”，实际上也是利用微裂纹增韧，即利用所谓的增 韧相产生相变，由于相变丝引起的膨胀，从而引起基体相产生微裂纹。 相变增韧的典型例子是ZrO2增韧。由于ZrO2存在两种晶型：四方相（t）和单斜相（m）,当ZrO2由四方相转变为单斜相时，具有马氏体 相变特征，伴随产生有35%的体积膨胀。相变温度大多处于陶瓷 材料的烧结温度范围，如基体是AlzOs,加入02,相变引起体积 变化，造成应力，引起基体产生微裂纹，微裂纹的出现，就增加了 AI2O3材料的韧性（相应的，材料的强度有所下降）。氧化错
5、增韧陶瓷有三种：楽部分稳定ZrO2陶瓷（PSZ）楽四方ZrO2多晶陶瓷（TZP）米ZO2增韧陶瓷（ZTC）（如ZrO2增韧氧化铝陶瓷.ZTA）U。 ;。二 Q O | 0 0巳相变赖粒o O o o O O O o,0&.OO亦O0诊2。0 ；： O 。料 O 1 O 正相变舉粒20应力诱导相变增韧裂纹弯曲(Crackbowing)和偏转在扩展裂纹尖端应力场中的增强体会导致裂纹发生弯曲， 从而干扰应力场，导致基体的应力强度降低，起到阻碍裂 纹扩展的作用。随着增强体长径比和体积比增加，裂纹弯 曲增韧效果增加。裂纹弯曲(Crackbowing)和偏转在颗粒和短纤维(晶须)增强复合材料起到使裂纹中，
6、裂纹扩展 时会发生偏转，从而增加复合材料(MMC、CMC)的韧性。如果在 复合材料(CMC)中预先存在有微裂纹，则这些微裂纹同样起到引 导裂纹发生偏转的作用，从而增加复合材料的韧性。长径比 12最大ifl曲裂咬前靖未催转製紋前靖增强体长径比对裂纹扭转偏转的影响增强体的长径比越大,裂纹偏转增韧效果就越好层状结构增韧裂纹扩展路径的改变,可以明显的增加材料的韧性,但对于脆性材料的陶瓷，效果 仍不理想。人们发现，同样为陶瓷材料的贝壳（轻基磷灰石） 具有较为理想的韧性，其结构为层状。受这种结构的启发， 在复合材料结构设计中，将材 料制备成层状，每层厚度达微利用贝壳结构设计Si3N4/BN层状 复合材料的断裂时裂纹扩展路径米级，目前已有的为亚微米, 材料的韧性有了明显的提高。