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提高陶瓷材料性能的途径

时间:2024-12-25

  硬度陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度叫做莫氏硬度,它只表示硬度由小到大的顺序,不表示硬 度的程度,后面的矿物可划破前面的矿物表面。一般莫氏硬度分为十级,后来因为有一些 人工合成的硬度大的材料出现,又将莫氏硬度分为十五级以便比较,表1-10为莫氏硬度两 种分级的顺序。

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机械强度的分类

  机械强度依据外力作用的形式,可以被划分为多个不同类型,具体包含抗拉强度、抗冲击强度、抗压强度、抗弯强度以及抗剪切强度等。这些不同类型的强度指标分别对应着陶瓷材料在承受不同形式外力作用时的抵抗能力表现,例如抗拉强度体现其抵抗拉伸外力的能力,抗压强度反映对抗压缩外力的性能等。

  比较弱环节的关键指标 —— 破坏应力 σf

  在陶瓷材料中,脆性断裂的比较弱环节由破坏应力 σf 来表征,它是衡量陶瓷在受到外力作用直至发生脆性断裂时的关键应力参数。

  影响破坏应力的因素及计算公式

  破坏应力 σf 由多个因素共同决定,其中包括杨氏模量(E)、断裂尺寸(c)以及该材料的韧性(γi)。它们之间存在着特定的数学关系,在破坏瞬间遵循公式:Σf =(E・γi / A・c)1/2 ,这里的 A 为常数。此公式表明了各因素之间相互影响、协同作用来决定破坏应力的大小,例如杨氏模量反映材料抵抗弹性变形的能力,其数值大小会影响破坏应力;断裂尺寸不同也会使得破坏应力相应改变;材料的韧性则体现材料在断裂过程中吸收能量、抵抗裂纹扩展的特性,同样对破坏应力起着关键作用。

  杨氏模量(E)影响因素:1)材料本身具有的性能;2)尽可能地降低气孔率

  韧性、强度、刚度、塑性/脆性

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  2、韧性---气孔的影响 大多数陶瓷材料的强度和弹性模量都随气孔率的增加而降低,这是因为气孔不仅 减小了负荷面积,而且在气孔临近区域产生应力集中,减弱材料的负荷能力。断裂 强度与气孔率P的关系可由下式表示

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  不同强度要求下材料的特点中等偏低强度材料(以耐火制品为例)仅要求材料有中等偏低强度,对于这类材料,大颗粒之间的有效粘结力就能够满足强度需求。中等强度材料(强度在 100 - 400MPa)对于中等强度的材料,要尽可能地减少总气孔和大气孔的数量。气孔的存在会降低材料的强度,减少气孔有助于提升材料的强度,使其达到中等强度水平。超高强度材料对于超高强度材料,关键在于尽可能地降低缺陷或裂纹尺寸。因为缺陷和裂纹是导致材料强度下降的重要因素,尤其是在承受外力时,这些部位容易产生应力集中,降低材料的承载能力。提高材料强度及改善脆性的理论途径途径一:消除内部缺陷接近理论强度从理论角度,提高陶瓷强度的一种途径是完全消除内部的位错和其他缺陷,让材料强度接近理论强度。虽然现在能够制造出无位错的高强度金属晶须,但在实际应用中还存在困难。因为通过这种方式获得的高强度并不稳定,在实际的生产环境中很难有效应用。途径二:引入缺陷阻碍位错运动在实际的陶瓷强化过程中,走的是另一条途径。即在陶瓷中引入大量的缺陷,通过这些缺陷来阻碍位错的运动,从而达到强化陶瓷的目的。例如采用合金强化、细晶强化、马氏体强化、沉淀强化等方法,这些方法都是通过在陶瓷材料中引入特定的微观结构变化(即缺陷)来实现强度的提升。

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