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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