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耐磨刚玉陶瓷复合管：可加工陶瓷研究进展

从97年，Beall提出可加工玻璃陶瓷的概念，经过30多年的努力，到现在已出现了多种可加工陶瓷，从微观结构与材料可加工性机理的关系禾看，主要有可加工多孔陶瓷、复相陶瓷以及化合物等。


(l)可加工多孔陶瓷.多孔陶瓷中由于气孑L的存在对材料的力学性能在往产生不利影响。然而，许多情况下多孔陶瓷的使用也有很多优点，如在耐火材料、高温过滤器、催化载体、热绝缘体、气体燃烧器等应用方面。另一方面，由于多孔陶瓷低的弹性模量，它还可能作为一种典型的可加一材料，但由于多孔陶瓷的强度随着孔隙率的增加而呈指数下降，很大程度上限制了它的应用范围。

①碳化硅陶瓷 Katsuaki等以B-SiC与20%（质量分数）聚苯乙烯并在少量黏合剂混合作用下，在473- 273K氩气气氛下，无压烧结制得在SiC孔隙中弥散纳米级涡流层状碳的多孔SiC材料，除了孔状结构的贡献外，该材料的可加工性主要由于孔中层状碳的存在，这些层状碳在加-过程中起到润滑剂的作用。Katsuaki等认为这种由p-SiC形成的7L状陶瓷中嵌有软相结构以赋予材料可加上性的模型，也可应用于其它的陶瓷材料中，这种可加工陶瓷直到500℃都保持良好的强度，当然，由于孔隙的存在，其力学性能还不够理想。

②氮化硅陶瓷众所周知，烧结的Si3 N。主要由球状的a—Si3N4，和柱状B一Si.Ni组成，而其强度则来源于后者，对于多晶Si3N。陶瓷，其柱状晶体在相对弱界面存在时可使韧性提高，此与弱界面偏转裂纹诱发的桥联机制密切相关。Kawai等在制备多孔Si3 N4陶瓷时有选择性地使柱状B-Si3N；晶粒在三维方向随机相接形成闭孔的多孔Si3 Ni陶瓷，该陶瓷的强度比同气孔隙率普通Si3N。陶瓷的强度有很大的提高，孔隙率为38. 3%时弯曲强度可达405MPa，而且由于弱界面的存在使其容易用合金钢刀具加工但在报道中也指出，不能得到孔隙率为38%以上的多孔(3-Si3Nt，这可能是由于p-Si3Nt晶粒的非均匀生长在烧结中受到了致密化的干扰。氮化硅陶瓷也不适合在高温的氧化环境下使用。
(2)复相陶瓷

①含云母的玻璃陶瓷 970年，美国的G. H. Beall在理论和实验研究的基础上发表了题为“云母玻璃陶瓷”的文章，制备出云母玻璃陶瓷，即由组成为Si02-Bz()3-AI2()3一Mg()K2()F泵玻璃转变而来的氟云母玻璃陶瓷。玻璃陶瓷具有优良的用钢制刀具加工的性能，高的机械强度和抗震性，优良的抗热震性和的绝缘性。此后，D．G. Grossman也成功地从四元体系K2()MgF2, -Mg( )-SiO2制备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：性的主要来源二但是同时具有较高力学强度、良好的抗热震性能，且容易加工的云母基玻璃陶瓷还

不多见。此外，由于玻璃相软化或晶相粗化，使得玻璃陶瓷的使用温度受到限制，通常在高于800'C时便不能使用。而且多数云母玻璃基陶瓷都是通过熔融法和溶胶一凝胶法得到的，所以制造成本很高。

②含有弱界面的复相陶瓷 在单相陶瓷中引入第二相形成非均相结构可以改善材料的许多力学性能，同时这种微观结构设计方法亦可用于改善陶瓷材料的可加工性，这种微结构包括粗长的晶牲、第二相的存在以及弱的晶界。相对单组分均相陶瓷，具有微观非均相的陶瓷有利于材料损伤形成和去除的机制，而且晶间微裂纹对非均相陶瓷的断裂强度影响不大，非均相结构中对可加工起关键作用的是存在于晶界区域的弱界面。

Paciiure等通过研究指出将弱界面、长晶粒以及内部应力引入SiC的显微结构中制成非均相SiC陶瓷，可显著地改善SiC的可加工性。在SiC陶瓷中，非均相结构中对可加T性起关键作用的是存在于晶界区域的弱界面，弱界面可以使裂纹偏析、桥联甚捕获裂纹，从而使具有微观非均相的陶瓷相对于单组分均相陶瓷有利于材料损伤形成和去除的机制。加工过程中微观非均相陶瓷在晶界K域形成晶间微裂纹，从而导致个别品粒的移位，但加工过程中只产生了分散在浅表面的界面微裂纹．从而加工强度几乎没有损失。但是Padture等同时也指出，这种可加工陶瓷加工性的提高是以强度和韧性的下阵为代价的结果。另外SiC陶瓷不能在高温的氧化环境中使用，也是限制其发展的—个原因。