中國粉體網(wǎng)訊  層狀復合陶瓷的設(shè)計思路是在脆性陶瓷中加入軟質(zhì)的耐高溫材料制成層狀復合陶瓷，雖然其組分簡單，但精細的復合結(jié)構(gòu)保證了材料優(yōu)良的力學性能。層狀復合是一種仿生設(shè)計，這些仿生材料的特點不僅可以從組分設(shè)計上改善陶瓷韌性，還可以從宏觀結(jié)構(gòu)來設(shè)計新型材料，形成不同尺度多級增韌機制協(xié)同作用，是陶瓷補強增韌的新思路。目前，常用的仿生結(jié)構(gòu)有竹木結(jié)構(gòu)、貝殼結(jié)構(gòu)等。

與傳統(tǒng)的通過消除缺陷等方法提高材料性能不同，層狀復合陶瓷的增韌機理與強度和缺陷無關(guān)，是一種能量吸收、耗散機制的耐缺陷機理。根據(jù)界面的強弱，層狀復合陶瓷可分為弱界面、強界面及延性界面材料，不同的界面結(jié)合對應了不同的韌化機制。

1.弱界面裂紋偏轉(zhuǎn)增韌

在兩層高強度的陶瓷基體間引入弱夾層，在含有弱界面的層狀復合陶瓷所受應力達到一定強度時，裂紋擴展形成微裂紋，并且微裂紋將沿著弱界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)或分層，讓能量在裂紋擴展過程中釋放，達到材料增韌的效果。

弱界面層狀復合陶瓷的裂紋擴展示意圖

該類層狀復合陶瓷的特點是斷裂韌性提高幅度較大，且材料不會出現(xiàn)突然性斷裂，但由于弱夾層的存在，使得材料的整體強度降低。

2.強界面殘余應力增韌

強界面結(jié)合是通過界面結(jié)合力使層與層之間形成互相約束，有利于在材料內(nèi)部形成強大的殘余應力。如果這種殘余應力是人為設(shè)計的，則成為預應力。強界面殘余應力增韌機制是利用層狀復合陶瓷的基體層與夾層之間熱膨脹系數(shù)、收縮率的不匹配或者某層中相變，調(diào)節(jié)各自層數(shù)、層厚，使表面層產(chǎn)生合適的壓應力，從而抑制裂紋的發(fā)生和擴展，使材料強度、韌性、表面微硬度提高的方法。

強界面層狀復合陶瓷的斷裂過程示意圖

該類層狀復合陶瓷具有強-強多層界面特征，通常是兩種強度較高的單體或復合陶瓷交錯相隔、逐層疊加而獲得的。

3.延性夾層裂紋僑聯(lián)增韌

延性夾層裂紋僑聯(lián)增韌是利用延性層的塑性變形來消耗、吸收能量，并在裂紋尾部形成橋聯(lián)而阻止裂紋擴張，從而改善材料的斷裂韌性。延性層可以以連續(xù)層的狀態(tài)存在，選擇塑性變形能力很強的金屬或樹脂等有機物。

延性夾層裂紋僑聯(lián)增韌示意圖

（粉體網(wǎng)編輯整理/橙子）