陶瓷材料范文第1篇

玻璃－金属封接的主要问题为两者的物理化学不相容和热应力问题。玻璃的主要成分为SiO2，Al2O3，为典型的非金属材料，为共价键连接结构，而金属则以电子云的方式结合，导致熔融状态的玻璃材料在金属表面无法润湿铺展，从而无法达到玻璃－金属的封接。此外，玻璃与一般金属的热膨胀系数相差很大，即使两者能够润湿连接，也会在冷却过程中产生较大的应力，甚至出现玻璃炸裂的现象。针对物理化学不相容性问题，主要采用金属材料表面改性的方法，以达到熔融玻璃与金属的润湿铺展。在电真空行业，目前广泛应用的金属表面改性方法是金属表面预氧化，首先在含氧氛围中加热金属表面，使表面产生与基体结合紧密的氧化膜（如Fe2O3，Fe3O4等），该氧化膜可与熔融的玻璃润湿铺展，从而解决玻璃－金属物理化学不相容问题。针对玻璃－金属封接应力问题，目前主要采用开发热膨胀系数相近的玻璃、金属的方法。目前在玻璃－金属封接中应用较为广泛的金属材料为Fe－Co－Ni系膨胀合金（如4J29）和封接玻璃（如DM－308）。陈文莉等人［1］通过添加金属氧化物（MnO2，Co2O3等）等对DM－308型电子玻璃进行改性，使玻璃的抗弯强度提高7％，并改善了玻璃与可伐合金的封接强度，使两者封接面的抗剪强度提高了15．6％。分析指出，添加金属氧化物加速界面处可伐合金中的金属元素向玻璃中的扩散是改善封接性能的主要原因。胡忠武等人［2］采用金相、XRD，SEM等手段，研究了氧化膜的连续性、厚度对玻璃－可伐合金封接件的透气率、抗拉强度的影响。研究指出，只有当金属氧化物的摩尔体积与金属元素的摩尔体积之比略大于1时，金属表面才能形成覆盖连续且致密的氧化膜；具有尖晶石结构的氧化膜对封接有利，且氧化膜的最佳增重为3～7g/m2。DongqiangLei等人［3］针对太阳能接收器玻璃－可伐封接的薄弱环节，利用高频感应加热方式，对预先氧化的可伐合金与玻璃进行封接试验，并测试了接头的密封性能、接头强度、抗温度冲击性能及结合面的显微组织。试验结果表明，0．3～0．8mg/cm2的可伐合金预氧化增重条件可得到良好的玻璃－可伐封接接头。笔者还利用试验测量和ANSYS有限元方法［4］测定和计算了太阳能接收管可伐与玻璃封接接头的残余应力，试验结果与有限元计算结果相吻合，并指出接头的薄弱点不仅出现在玻璃－可伐的封接面，玻璃外表面靠近封接面处也是应力集中较大的区域。此外，金属环伸入玻璃管的长度越大，则接头的最大残余应力就减小。

2陶瓷－金属封接

与玻璃－金属封接相似，陶瓷－金属封接亦有2种材料物理化学不相容和热应力问题。陶瓷－金属封接工艺主要通过陶瓷表面烧结金属化层的方式实现与金属材料的表面润湿。对热应力的释放则依赖于金属化层和钎焊过程中钎料的变形和缓冲。陶瓷-金属封接广泛采用的是烧结金属粉末法（如活性钼－锰法），该连接工艺主要包括陶瓷的处理、膏粉的制备、涂膏、金属化烧结、镀镍、二次金属化、钎焊等过程。陶瓷表面金属化层的质量是决定整个陶瓷－金属封接接头的主要环节。目前对该种方法的研究主要集中在陶瓷表面金属化的机理研究、表面金属化强度提高、陶瓷与金属化层强度表征等。北京真空电子技术研究所对陶瓷－金属封接工艺及机理开展了大量研究工作。张巨先等人［5］研究了不同陶瓷表面金属化时金属粉与陶瓷相的相互作用机理。针对w（Al2O3）95％陶瓷采用Mo含量不同的粉末对陶瓷表面金属化，指出在金属化过程中，Mo颗粒形成骨架网络，金属粉中的玻璃相填充骨架网络的空隙，并与w（Al2O3）95％陶瓷中的玻璃相融和，通过毛细作用渗入陶瓷，得到有一定强度的致密金属化层，当玻璃相含量较高时，会在骨架网络中形成较多的内闭口气孔。针对高纯Al2O3陶瓷［6］，由于陶瓷内部无玻璃相及玻璃相迁移通道，其金属化主要通过Al2O3相表面细小颗粒的溶解、沉淀、析出及玻璃相对Al2O3陶瓷表面的润湿过程，实现致密结构。赵世柯等人［7］采用传统的Mo-Mn法对透明Al2O3陶瓷进行了金属化，获得了气密性可靠的陶瓷-金属封接件，并指出金属化层与陶瓷之间的结合主要来源于金属化层中的玻璃态物质表面良好的润湿性。由于制备工艺的限制，陶瓷内部存在随机的内部和表面缺陷，则其与金属封接接头的强度具有很大的分散性。石明等人［8］采用Weibull统计和正态分布，对氧化铝陶瓷的封接强度进行统计分析，试验表明，Weibull模数和变异系数可以表征材料强度的离散性。

3陶瓷－金属活性钎焊

陶瓷－金属活性钎焊工艺利用传统的钎焊方法，通过在钎料中添加活性成分（Ti，Zr等），可以增大钎料对氧化物、硅酸盐等物质的亲和力，实现钎料对陶瓷表面的润湿和铺展，完成陶瓷－金属的钎焊，而钎料对金属侧的润湿能力一般都较强，因此对其研究较少。相对于陶瓷－金属封接工艺，陶瓷－金属活性钎焊具有工序少、周期短、封接温度低、零件变形小等优点，因此成为近年来陶瓷－金属连接方向的研究热点。YLiu等人［9］研究了SiC陶瓷的活性钎焊（Ag－35．25Cu－1．75Ti）工艺（温度、保温时间）对接头力学行为的影响，研究指出，随着钎焊温度的升高，钎焊接头的弯曲强度升高，但随着保温时间的延长，活性钎料与陶瓷间的反应厚度增大，形成较多的脆性金属间化合物，使接头的力学性能下降。此外，笔者通过XRD手段分析了界面的反应产物，发现陶瓷与活性钎料的连接面由SiC/连续细小的TiC层/不连续粗大的Ti5Si3层/填充合金层组成，从而验证了活性元素Ti与SiC陶瓷间的反应产物。ZWYang等人［10］研究了SiO2－BN陶瓷与因瓦合金的Ag－21Cu－4．5Ti活性钎焊。钎焊温度为1113~1173K，保温时间为5~30min。通过扫描电镜和投射电镜分析发现，非晶态SO2在钎焊过程中活性较低，而h－BN与Ti反应生成细晶反应层的活性较大，钎焊过程中形成了100~150nm厚的TiN－TiB2反应层，从而实现了陶瓷与金属的连接接头。而因瓦合金中的Fe，Ni元素与Ti元素反应生成Fe2Ti，Ni3Ti，并固溶在Ag－Cu基体中，随着脆性相Fe2Ti，Ni3Ti含量的增高，接头的抗剪能力下降。李卓然等人［11］研究了95％氧化铝陶瓷与低碳钢Ag－Cu－Ti活性钎焊反应机理。试验采用的钎焊温度为950℃，保温时间为5min。通过XRD方法对接头不同区域的物相进行分析发现，接头由Al2O3陶瓷/Ti3Cu3O/Ti3Al＋TiMn＋TiFe2＋Ag＋Cu/TiC/低碳钢组成，钎料中的活性元素Ti，一方面和Cu与Al2O3反应形成Ti3Cu3O和Ti3Al，另一侧由于Ti是强碳化物形成元素，导致Ti向低碳钢侧扩散与C充分接触，同时较小的C原子也快速向钎料层扩散，形成连续的TiC层，另外与Fe，Mn结合生成TiFe2和TiMn。

4陶瓷－金属过渡液相扩散焊

陶瓷－金属的活性钎焊工艺可实现两者的可靠连接，但接头的高温高应力下的环境适应性较差，这是由于活性钎焊的连接温度较低，若提高钎焊温度又会引起热应力的增大。而陶瓷－金属的过渡液相扩散焊可较好地解决此问题。陶瓷－金属过渡液相扩散焊的中间层一般为复合中间层，即由一薄层低熔点金属或合金熔敷在相对较厚的高熔点核心层上。低熔点薄层熔化后扩散进入高熔点材料并与之反应，使液相消失，形成的合金或中间层性质取决于高熔点核心材料的物理性质。JiuchunYan等人［12］研究了采用Cu/Ni/Cu中间层连接Al2O3陶瓷与6061铝合金。钎焊温度为580℃，随着保温时间的延长，接头的抗剪强度呈提高趋势；钎缝部位有纯Ni层、Al0．9Ni1．1化合物层、Al基固溶体的存在；钎缝中的Al－Cu的共晶组织增强了Ni层的扩散，并缩短了钎焊时间。MBrochu等人［13］研究了使用Cu－Ti/Ni/Al中间层局部过渡液相扩散连接Si3N4陶瓷和FA－129铁铝合金。预加压应力为300kPa，首先以10℃/min的加热速度加热到950~1100℃，并保温30min，之后以5℃/min的速度加热到1100~1200℃，并保温1．5～6h完成均匀化过程，最后以55℃/min的速度降温到300℃。其中Cu－Ti以粉末状夹在Si3N4/Ni之间，而Al以箔状夹在Ni/FA－129之间，最终接头的弯曲强度约为80MPa。李京龙等人［14］以Ti/Ni/Ti为中间层，利用局部过渡液相扩散方法对多孔C/SiC材料进行了连接。中间层中的活性元素Ti对C/SiC润湿性能良好，因而形成了能够沿连接界面孔隙渗入C/SiC基体内。接头冷却后可形成“扎钉结构”，从而提高接头的连接强度。

5结语

陶瓷材料范文第2篇

【关键词】生物材料 玻璃陶瓷 应用

一、生物材料

生物材料又可以叫做生物技术。它是运用生物学和工程学的原理，根据生物的材料、生物所持有的特有功能组建成具有特定性状的生物新品种，生物材料是在分子生物学、细胞生物学等基础上发展起来的，不仅仅包括基因工程、细胞工程、还有发酵工程，他们之间互相联系，其中最主要的是以基因工程为基础的。我们只有投入到生物材料的研究，才能让给我们做出更大的贡献。

二、生物材料玻璃陶瓷的分类和特点

（一）生物材料的分类。在医学中最早出现的生物材料是医用的金属材料，随着人类社会的进步，生物材料的不断发展，现在生物材料的应用越来越广泛。其中生物材料主要包括医用金属材料、医用高分子材料和医用生物玻璃陶瓷这三方面。特别对于生物玻璃陶瓷，由于生物玻璃陶瓷具有良好的生物相容性和很好的力学性能而受到人们的喜爱。而且它的光泽与人类骨骼的有很高的相似度，所以不易发生脏化的现象，十分适合于填补人体的空洞，填补缺失的牙冠和遮盖的牙面等。

（二）生物玻璃陶瓷的分类和特点。生物玻璃陶瓷现在可以主要分为三类：惰性玻璃陶瓷、可降解陶瓷、生物活性陶瓷。在这三类的应用中惰性玻璃陶瓷这种材料在植入到人体后不容易引起周围组织和全身明显的化学和生物反应。一般来说它具有良好的力学性能，持久的的抗腐蚀性和耐磨性。但是由于它的弹性模量较骨非常高，所以他的生物力学的相容性差，而且容易出现脆性断裂。

第二种是生物可降解陶瓷，这种玻璃陶瓷在植入人体的组织后不引起任何不良的组织反应，能够很好地被新生的组织所取代。但是该种生物材料的玻璃陶瓷强度低而且比较脆，因此在使用的时候不适合用于支撑比较重的部位，因为这些比较重的部位的弯曲力、扭转应力传递到植入体以后会导致植入体的断裂。第三种是生物活性陶瓷，这种生物材料在植入到体内后会与周围的组织发生生物和化学反应，从而能够很好地使得植入体与组织间形成生物的结合。这种生物材料的陶瓷玻璃不仅对人体无害，而且与骨组织的亲和性好，还能与周围的骨组织牢固结合。

三、生物玻璃陶瓷应用方面的优点

（一）生物玻璃陶瓷的独特属性。生物玻璃陶瓷要比普通窗玻璃含有较多的钙和磷，正是基于此能与骨自然牢固地发生化学的结合，而且它具有独特的属性，能在植入的部位迅速而且稳定的发生一系列的表面反应，导致含碳酸盐基磷灰石层的最终形成。此外，生物玻璃陶瓷的生物相容性很好，这些材料在植入体后，不会发生较多的不良反应。

（二）生物材料玻璃陶瓷最合适的运用部位。在人体发生无排斥的炎性及组织坏死等反应并能与骨形成骨性的结合，而且骨结合的强度大，界面结合能力非常好，并且相对来说成骨快。因此目前这种生物材料的玻璃陶瓷适合用于耳小骨的修复，同时对恢复听力也具有良好得效果，但是由于这种生物材料的玻璃强度低，所以只能用于对人体来说受力不大的部位。不管怎么样生物活性玻璃的多孔材料在用作骨组织工程支架方面具有很好的发展前景。

四、生物玻璃材料在应用中的改进

我们都知道生物玻璃陶瓷在生物医用领域具有极大的优越性，但是，它在力学性能方面还存在一定不足，尤其是陶瓷本身的脆性较大，疲劳强度和断裂韧性较低，鉴于这种情况不能应用于复杂的应力承载的环境中。所以为了获得能够更加满足要求的生物玻璃陶瓷材料，我们必须开发增加韧性和强度的方法，使得更适合人类的使用和发展。当前增韧增强的方法主要有粒子增韧、纤维增韧、层状复合增韧、生物性玻璃陶瓷涂层等。

（一）粒子增韧。玻璃陶瓷的粒子增韧是利用生物玻璃陶瓷和其它颗粒的复合方法来提高强度，这种方法应用最广，因为其工艺的过程比较简单。我们通常通过在玻璃陶瓷中添加纳米颗粒来提高材料的强度和韧性。

（二）纤维增韧。纤维增强增韧陶瓷复合材料是在陶瓷材料中添加纤维类材料来提高强度，其增韧机理主要是因模量的不同引起载荷的转移、微裂纹的增韧、裂纹的偏转、纤维的脱粘和纤维的拔出等情况。在轴向的应力作用下，纤维增强陶瓷基体复合材料的断裂包括基体的开裂、基体的裂纹逐渐向纤维和基体间的界面不断扩散、纤维脱粘、纤维的断裂和纤维的拔出等复杂的过程。

（三）层状复合增韧。玻璃陶瓷的层状复合增韧主要是从自然界中的珍珠类材料获得的启示。因为珍珠类的材料钙所占的比重大，所以鉴于此可以克服陶瓷材料的脆性，采用层状的结构，然后加入延性材料，从而制得层状复合材料。

（四）生物活性玻璃陶瓷的涂层增韧。这种增韧方法是把生物的活性材料涂覆在金属基体上，这样得到的复合材料不仅仅具有基体金属的强度和韧性，而且又具有生物活性材料优良的生物活性和生物相容性，这种生物材料的玻璃陶瓷在植入到人体后，可以在短期内与人体的组织形成良好的生物结合。这种增韧方式的金属基体主要包括不锈钢、钛合金等等。

五、结束语

生物材料玻璃陶瓷应用的广阔前景是我们不断进行研究的动力，随着科技的不断发展，我们的医学水平亟待提高，而且我们要向着更加人性化，符合人类的人体方向不断发展，让更加适应人的水平，以人性化为准则，发展更新的生物玻璃陶瓷。

参考文献：

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[5]张国军，岳雪梅，金宗哲.颗粒增韧陶瓷裂纹扩展微观过程.硅酸盐学报，1995

[6]单小宏，生物玻璃陶瓷复合材料的研究[D].中南大学，2004

陶瓷材料范文第3篇

此后，先进的燃煤发电技术、煤化工技术发展，促进了高温陶瓷膜材料及过滤技术快速发展。上世纪90年代，美国能源部曾组织多家机构对各种高温热气体除尘技术进行详细技术、经济对比评价，最终也认为高温陶瓷膜过滤技术是当前热气体净化领域最具有发展和应用前途的技术之一。近20年来，国内外在热气体净化用陶瓷膜材料及技术方面已得到突飞猛进的发展，产业规模和市场份额不断扩大。其中法国glosfume公司自1990年至今已有400与套大型过滤装置在10余个国家推广应用，美国Anguil环境系统公司采用陶瓷过滤和催化技术设计开发的自洁式高温陶瓷过滤装置目前已有1600余台在全球各领域推广应用。以1万平方米陶瓷膜材料应用为例，可年处理各种高温气体50多亿立方米，减少高温粉尘粒子排放数万吨。如果经其处理的高温余热完全利用，则相当于每年节约近百万吨标准煤。预计到2025年，在一些特殊高温气体净化领域如冶金冶炼、石油化工、玻璃、水泥、新型建材、垃圾焚烧、煤化工等领域应用高温陶瓷膜材料年需求量将达到百万平方米以上，由此产生的经济效益和社会效益非常显著。可以说，高温陶瓷膜材料发展及过滤技术推广对于推动国家倡导的节能减排、高效余热综合利用、PM2.5控制实施具有积极意义。

废水处理与零污染排放是节能减排工作的另一项重要内容。膜分离技术作为当前国际水处理技术主要发展方向之一，近年来在水处理技术中应用日益广泛。作为三大膜材料之一，陶瓷膜材料具有过滤精度高、使用寿命长、出水水质好、运行稳定等优点，目前已在钢厂循环水处理、含油废水处理、焦化废水处理、印染废水处理、电厂冷凝水处理以及工厂工艺水处理和工业废水、城市污水处理等领域广泛应用。如采用0.8微米陶瓷膜材料处理高浓度含油废水，处理后油含量≤5mg/l，悬浮物含量≤1mg/l，使用寿命可以达到5年。采用0.2微米陶瓷膜处理印染废水，其色度去除率可以达到90%以上，COD去除率85%以上。尤其是近年来国际发展的MBR膜生物反应器水处理技术，具有膜分离技术与生物反应器有效增强功能，可有效实现市政污水回收和工业污水处理，解决城市缺水问题，凭借其出水水质好、运营成本低、自动化程度高等诸多优势正成为水处理领域最具发展前景的关键技术之一。目前，MBR工艺技术处理生活污水和工业废水已突显成效。平板陶瓷膜材料作为国际近年来发展的一种重要的MBR膜生物反应器材料，与有机膜相比具有透水阻力小，抗污染性好、易于清洗再生、使用寿命长、化学稳定性好、机械强度好等优点，可有效解决现有中空纤维膜、有机平板膜在工程应用过程中存在的使用寿命短，易受酸碱腐蚀等问题。作为有竞争力的MBR核心部件之一，平板陶瓷膜是MBR技术水处理领域最具核心竞争力的膜分离材料之一。

据统计，1995年MBR的全球市值仅为1000万美元，到2013年底MBR年产值已达150亿美元。2013年我国废水排放总量达到730亿吨，并且以每年5%左右的比例递增，预计2015年将达到810亿吨。截止2013年底，我国已有50多个规模超万吨的MBR工程投入运行，累计规模230万吨/日。预计到2015年，中国投入运行或在建的MBR系统累计处理能力将超过500万吨/日，与2013年相比增长1倍。近年来，随着水资源匮乏和水污染日益严重，国家加强了对水污染治理力度，通过水质提标、排放标准提高及水价提高以及“水十条”实施等多项措施，共同推进水处理技术和水处理设备的提升。尤其是随着水处理用膜技术不断成熟，膜法水处理技术已成为解决资源型缺水和水质型缺水问题的重要技术，高性能膜材料发展“十二五”专项规划已明确提出发展高性能水处理用陶瓷膜材料，膜过滤技术及MBR膜生物器水处理技术也会有较快速度发展。我国在“十三五”期间，仅废水治理的投入将达1.39万亿，尽管平板陶瓷膜材料目前在国内尚处在应用起步阶段，但在未来5年内，平板陶瓷膜MBR凭借其优异的特性，在市政污水、工业（化工、造纸、食品）废水、垃圾渗透液等多个领域具有广阔的应用前景。以日处理量10万吨MBR膜生物反应器技术处理废水规模来算，需要平板陶瓷膜组件约10~15万平方米，平板陶瓷膜材料未来几年内将处于市场高速增长期，预计到2020年，年需求量将会超过200万平方米。相比于国外发达国家，国内在节能减排领域应用的陶瓷膜材料研究开发方面开展工作相对较晚，近年来尽管技术水平有长足进步，但总体来说产品产业化规模与市场开发应用等方面与国外有较大差距。

目前，国内从事该领域陶瓷膜材料单位不足百家，除南京工业大学膜科学技术研究所开发的用于水处理等领域的氧化铝质多通道陶瓷膜材料、山东工业陶瓷研究设计院开发的用于高温气体净化的高温陶瓷膜材料系列产品外，其他产品技术水平与国外同类产品相比差距明显。山东工业陶瓷研究设计院作为国内唯一的部级工业陶瓷研究单位，是国内最早从事微孔陶瓷及陶瓷膜材料的研究开发单位，从上世纪70年代就开始开展各类微孔陶瓷及陶瓷膜材料的研制及市场开发工作，其中《热浇注工艺制备多孔陶瓷制品》1977年就获得全国科学大会奖，80年代完成了微孔陶瓷材料系列性能检测国家标准的制定工作，“七五”、“八五”期间先后完成了用于汽车尾气净化用泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷的研制开发工作。长期以来，山东工业陶瓷研究设计院以科技创新、服务社会为理念，一直致力于陶瓷膜材料的产品研发与技术创新工作，经过两代人不懈努力，目前已成为国内陶瓷膜材料领域重要的产品研发基地和技术引领者。40多年来，在陶瓷膜材料领域，山东工陶院先后承担了包括“七五”“、八五”国家科技攻关、国家“863”、科技部中小企业创新基金、科研院所公益基金及山东省重大科技攻关项目20余项，获发明专利20余项，多项产品被评为国家重点新产品。特别是近10年来，满足于国家节能减排和环保战略需要，山东工陶院也先后制定了“十二五”、“十三五”陶瓷膜材料的发展计划和产业发展规划，不断加强陶瓷膜材料领域科技创新力度，提升技术水平。

自2010年以来，在国家各类科研项目支持下，加之自身雄厚的技术力量，山东工陶院先后完成了碳化硅、堇青石质、莫来石质高温气体净化用系类陶瓷膜材料及装备的研究开发工作，完成了国内首台套煤化工领域应用的大型高温、高压陶瓷膜飞灰过滤器研制开发工作，产品已在冶炼、煤化工、有机硅、多晶硅、石化等行业的高温高压气体净化、高温烟尘净化领域大量推广应用，建立了10万平方米的高温陶瓷材料生产线。其中高温高压气体净化用陶瓷膜过滤器被评为“201”国家重点新产品，该院也成为建材行业高温陶瓷膜材料重点实验室的依托单位。2014年，该院组织技术攻关，仅用1年多时间，即完成了MBR水处理用氧化铝质平板陶瓷膜材料及产品研究开发工作，产品填补国内空白。这些产品及技术开发对推动国内节能减排领域应用的陶瓷膜材料发展、提升我国节能减排领域高温气体净化技术与水处理技术水平起了较大促进作用。

陶瓷材料范文第4篇

关键词：陶瓷；装甲；材料

1 陶瓷装甲材料的性能

新材料技术在军事上的用途十分广泛，可提升武器装备的性能，在军事领域新材料技术正向高功能化、复合轻量和智能化的方向发展。陶瓷材料作为一种先进的高技术材料，它具有种高强度、高硬度、耐腐蚀、高耐磨性和重量轻的特点，不仅应用在坦克的防护上，也应用在飞机、舰船、车辆、关键部位的防弹遮蔽层和单兵作战的防护上，它的应用范围越来越广泛。实践表明，世界上许多先进坦克的防护装甲采用高性能陶瓷后，防护能力明显提高，陶瓷已经成为复合装甲不可缺少的材料之一[1]。

但是，陶瓷材料的易脆性是阻碍它应用的主要原因。目前，改进陶瓷脆性的研究已取得了较大进展，主要的途径是通过复合，提高陶瓷的强度、韧性。目前对于均质装甲的侵彻和损伤机理的研究在国内外已经发展成熟，但对于由陶瓷组成的复合装甲的侵彻和损伤机理研究相对较少，而国内在这个领域的研究也属空白，这是由于这种装甲的结构和材料的复杂性所致。

2 陶瓷装甲材料介绍

2.1碳化硅基陶瓷复合装甲材料

碳化硅陶瓷是一种高性能装甲材料。其高的动态压缩屈服强度，使弹芯在侵彻装甲板的过程中，产生大的塑性形变，消除弹芯材料，降低弹的动能，削弱弹的侵彻能力。但是，目前这类陶瓷复合装甲仍不能装备轻型装甲战车，主要原因是:

（1） 价格太高，高性能碳化硅的价格在110~220美元/kg之间；

（2） 脆性使陶瓷装甲系统抗多发弹攻击能力差。该陶瓷装甲遇弹丸撞击时发生碎裂，常常使相邻陶瓷也发生破坏，降低整体陶瓷装甲系统的抗弹能力。为此美国FMC公司采用氮化铝和碳化硅复合，成功地解决了上述问题。复合体系充分利用了氮化铝的低价格，因为氮化铝的价格仅为碳化硅的三分之一。而且，加入氮化铝后，其复合体系的烧结温度降低，这种双重作用，使之成本价格相应于碳化硅大大下降。另外，通过选用合适的粉末，严格控制烧结温度和时间，可有效地改善复合体系的微观结构，提高韧性及抗弹性能。

2.2氧化铝基陶瓷复合装甲材料

氧化铝陶瓷由于其低价位，普遍应用于装甲系统，但其强度性能差，有待进一步提高。目前，主要是用碳化硅和氧化锆进行增强增韧。有研究表明:碳化硅晶须增强氧化铝复合材料的拉伸强度为7GPa，杨氏模量为700GPa。而基体的剪切强度和杨氏模量分别为164GPa和426GPa。显然，增强后杨氏模量提高了60%,其抗热性能也得到了大大提高。当温差变化大于627℃时，其抗弯强度没有大的变化。而基体当温度变化大于127℃时，强度大大下降,当温度高达1000℃时，复合材料的韧性下降较小。这是因为氧化铝与碳化硅晶须复合后，韧性得到提高的结果。氧化锆增强氧化铝主要是通过氧化锆颗粒的相转换来达到提高复合材料韧性的目的。其增强效果略大于碳化硅晶须增强。与碳化硅(晶须)/氧化铝复合材料相比，氧化锆(颗粒)/氧化铝表现出更优良的抗热冲击性。

2.3氮化钛和氮化铝复合的装甲材料

据1995年资料报道，美国麻省GTE产品公司，正在对以氮化钛为主要原料的复合陶瓷进行研究，即氮化钛/氮化铝、氮化钛/氮化硅、氮化钛/氧化锆复合体系，复合工艺为低温热压或烧结。产品容易成形，适合于制备各种复杂形状的陶瓷件。研制的复合陶瓷杨氏模量大于400GPa，压缩强度小于5.5GPa，比较适用于厚装甲体系，以抵抗大口径钨及贫铀弹的攻击。

3 陶瓷复合装甲防护的发展方向

复合装甲包括两层含义，一是装甲用复合材料制成，二是装甲采用了复合结构。复合材料种类有很多，有陶瓷类材料，有纤维类材料，还有其它非金属类材料。复合结构为在钢装甲间夹着按一定比例和厚度配置的陶瓷、铝合金和纤维等抗弹材料的多层结构，各层材料、厚度、连接方式、细微结构和形状等的不同组合可获得不同的防护效果。复合装甲的特点是由其制作材料及结构形式确定的，而复合材料及复合方式是根据使用要求选定的。例如，T-72坦克的车体首上装甲是用中间填有玻璃纤维的复合装甲制成的，该装甲对付破甲弹的效果比较显著，对付穿甲弹的效果就不如陶瓷装甲好。美国MIAI坦克使用的贫铀复合装甲，其中间夹层是用提炼核燃料后的核废料制成的，该装甲具有极高的抗穿甲弹性能。

陶瓷复合装甲的应用使主战坦克的防护性能发生质的变化，其防护能力与装甲钢相比成倍提高，例如60年代的主战坦克的防护能力相当于200mm均质装甲钢；80年代采用了陶瓷复合装甲，其正面防护分别达到了400mm(针对穿甲弹)和600mm(针对破甲弹)以上；90年代陶瓷复合装甲的抗弹能力仍在提高。复合装甲的出现使得主战坦克能够进入21世纪，复合装甲已经成为现代主战坦克的主要标志。陶瓷复合装甲的广泛应用是与它的特点分不开的，相对于均质装甲，陶瓷复合装甲主要具备如下特点:质量轻、厚度小、性能可设计、结构可变、可采用模块化和箱式设计，因此，它的应用范围更广泛，发展前景更被看好。

4 结 语

不同的装甲材料对反装甲武器的攻击有着不同的反应。某种单一均质材料构成的装甲通常只对防护某种反装甲武器有效，很难对各种反装甲武器都有效。所以，为了能够同时防护不同种类和性能的反装甲武器，利用不同性能的材料复合，成为由多种材料构成的复合装甲，进而达到最佳的综合抗弹效果。陶瓷复合装甲材料将朝着比强度高、防护系数高、、抗腐蚀、抗高温和抗氧化作用的方向发展，但其固有的易脆、断裂强度低、难加工和价格昂贵等缺点，也为应用带来了不便之处。

参考文献

[1] 沈峰. 车辆和人体防护材料的研究进展[J]. 兵器材料科学与工

程, 1999, 22 (6):53-57.

陶瓷材料范文第5篇

关键词：金属／陶瓷复合材料；润湿性；接触角；粘附功

中图分类号：TL25

一．润湿现象

润湿是固体表面的气体被液体取代的过程。在复合材料的制备过程中，只要涉及液相与固相的相互作用，必然就有液相与固相的润湿问题。在制备金属基复合材料时，液态金属对增强材料的润湿性如何直接影响到界面黏结强度。润湿性表示液体在固体表面上的铺展程度。优良的润湿性意味着液体在固体表面上铺展开来覆盖整个增强材料的表面。按热力学的条件，只有体系自由能减少时，液体才能铺展开来，即

因此，铺展系数SC[1]被定义为

当铺展系数SC>0时，才会润湿，根据力学平衡，可得 ：

式中，θ为接触角，θ如图1所示。

由θ可以知道润湿程度。θ=0°时，金属熔液会在基体上完全的铺展开；θ=180°时，熔滴呈圆球状，只与基体表面形成点接触，称其为完全不润湿；0°

图1.1润湿性示意图

二．润湿性分类

根据金属/陶瓷的结合情况，液态金属对陶瓷的润湿过程可分为非反应润湿和反应润湿[2-5]。对于非反应润湿体系，界面润湿过程不发生化学反应，润湿过程仅仅依靠扩散力和范德华力来完成,润湿性一般比较差，通常非反应润湿过程是一个很迅速的过程，在很短时间内就能达到各项平衡状态，与温度没有太大关系，但与陶瓷的金属性和位向及合金元素的加入有很大的关系。液态金属能否在固相陶瓷表面润湿取决于液态金属的表面张力。相比较而言，反应润湿过程伴随着不同程度的界面化学反应，润湿作用主要通过界面反应形成界面产物来实现。界面产物的生成使润湿过程在一层具有良好的润湿性能的中间层上进行，从而很大程度上改善了润湿效果。由于润湿过程中伴随着界面化学反应，反应润湿一般需要一个较长的时间过程，同时随着时间的持续接触角会逐渐的减小。另外，反应润湿随着活性元素的加入以及润湿温度的提高而粘结功增大，润湿性提高。

三．润湿性的实验方法

润湿性对于金属/陶瓷复合材料的生产是十分重要的,但评定润湿性好坏十分困难,尤其对反应性润湿。所以目前已发展了许多技术进行润湿性的测定。

1.座滴法

传统测量金属/陶瓷润湿性的方法是座滴法。它将所需检测的金属块放置在陶瓷基体上，通过高温加热使金属块熔化，冷却后测量接触角θ和金属液滴的形状从而测出金属与陶瓷基体间的润湿性。

2.微滴法

由于座滴法对易氧化的金属及存在界面反应的体系, 测量精度不高。它是通过在陶瓷基体表面上蒸发或喷溅一层金属沉积层，在高温、高真空条件下促使金属层熔化，在陶瓷基体表面形成金属液滴，在测量接触角。这种方法可以很好的反映出润湿过程中界面反应，在液滴形成和凝固收缩后，如果润湿过程中发生了界面反应，就可以通过陶瓷基体表面上留下的反应产物分析界面反应。

3.浸入法

侵入法可以更精确地反映出润湿的动力学特性。它是将陶瓷制成的圆盘或圆柱浸入到熔融的金属熔液中，通过称量陶瓷的质量，记录近似于陶瓷边缘的弯曲形状，测量σLV和接触角θ,从而得出陶瓷与金属液之间的润湿性。

4.毛细压力法

毛细压力法是通过金属液体在固体( 陶瓷) 中的渗透来测定金属/ 陶瓷的润湿性。

但是毛细压力法存在以下缺陷:

（1）Sf的测量是比较困难的；

（2）不同颗粒的表面各不一样，从而金属/陶瓷的润湿是一个渐近的过程，使得压力的测定比较困难。

这些缺陷的存在，很大程度上限制了毛细压力法的广泛应用。

四．金属-陶瓷润湿性改善的主要方法

随着对金属/陶瓷的润湿性的深入研究，目前已有许多技术可以提高金属/陶瓷的润湿性,进而提高复合材料的综合性能。

1. 增强体表面预处理

未预处理的增强体表面吸附有气体和杂质，阻止了金属液与增强体的润湿。对增强体通过适当的高温烘焙来改变表面状态，从而提高润湿行为的作用。

2. 提高润湿过程中的温度

通过升高润湿过程中的温度降低界面的接触角。在一定温度范围内，温度的升高可以有效的改善金属与陶瓷的润湿性，主要是由于温度的升高使金属溶液的表面能快速的降低，同时温度的升高会破坏金属表面的氧化膜，从而润湿性显著地提高。

3. 添加合金元素

合金元素的加入可以降低液态金属表面张力和固-液界面能；同时合金元素会引起界面反应，形成新的界面产物，从而可以很大程度上改善金属与陶瓷间的润湿性，是目前作为改善金属/陶瓷润湿性方面研究和应用的最广泛地技术之一。

4. 增加表面涂层技术

陶瓷表面的金属涂层或经表面处理后可以提高固体的表面能, 用新形成的金属/ 陶瓷界面代替原来结合性不好的界面, 从而提高了润湿性。Ni和Cu是最常用的金属涂层材料。

结束语

随着科学技术的不断发展，对材料的性能提出更高的要求。研究金属对陶瓷的润湿性对开发新型金属/陶瓷体系，探寻和发展材料的制备技术有重大的意义。制备高性能金属/陶瓷复合材料有着重要的现实意义。

参考文献：

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[2] 李菊，宫本奎，孙全胜.金属/陶瓷的润湿性[J].山东冶金，2007,29 (6):6-9.

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