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第一章 陶瓷基复合材料导论2

1.1 陶瓷、现代陶瓷和陶瓷基复合材料2

1.1.1 陶瓷2

1.1.2 现代陶瓷4

1.1.3 结构陶瓷5

1.1.4 陶瓷基复合材料6

1.2 高科技对结构陶瓷的需求8

1.2.1 结构陶瓷的优点与不足8

1.2.2 结构陶瓷应用展望10

1.3 陶瓷和陶瓷基复合材料的进展18

1.3.1 我国陶瓷及陶瓷基复合材料的发展概况18

1.3.2 美国在本领域的发展概况26

1.3.3 日本、欧洲等国陶瓷及陶瓷基复合材料的研究进展41

参考文献46

第二章 陶瓷的脆性及其增韧机制54

2.1 陶瓷脆性的本质54

2.1.1 陶瓷的键合与结构54

2.1.2 缺陷对陶瓷性能的影响58

2.2 陶瓷的增韧机制59

2.2.1 改善陶瓷脆性的途径59

2.2.2 纤维复合材料的断裂模式及增韧机制60

2.2.3 应力诱导相变增韧机制66

2.2.4 晶须陶瓷基复合材料的增韧机制70

2.2.5 第二相颗粒的增韧机制79

2.2.6 纳米颗粒增强及增韧机制96

参考文献102

第三章 陶瓷基复合材料的基体和增强体105

3.1 陶瓷基体105

3.1.1 氧化物陶瓷105

3.1.2 氮化物陶瓷113

3.1.3 碳化物及碳陶瓷125

3.1.4 其他作为复合材料基体的陶瓷127

3.1.5 有机聚合物先驱体转化的陶瓷基体129

3.2 陶瓷基复合材料的粉末原料制备131

3.2.1 粉末原料粒径的界定及超细粉末的特性131

3.2.2 制备超微颗粒的固相法133

3.2.3 制备超微颗粒的气相法142

3.2.4 制备超微颗粒的液相法159

3.2.5 制备超微颗粒的综合方法170

3.2.6 高能球磨法175

3.3 陶瓷基复合材料的增强体175

3.3.1 碳纤维175

3.3.2 石墨晶须185

3.3.3 碳化硅纤维187

3.3.4 碳化硅晶须193

3.3.5 氧化铝纤维197

3.3.6 氮化硅晶须202

3.3.7 氮化硅纤维203

3.3.8 陶瓷基复合材料纤维增强体的编织技术与编织物204

参考文献220

第四章 陶瓷基复合材料的界面和界面控制223

4.1 界面及其类型223

4.2 有关复合材料界面的基本概念227

4.2.1 润湿角227

4.2.2 热残余应力228

4.2.3 界面相容性与不稳定性229

4.2.4 界面反应动力学233

4.2.5 界面结合方式234

4.2.6 界面粗糙度237

4.3 界面力学240

4.3.1 界面在传递载荷与复合材料增韧中的作用240

4.3.2 复合材料界面受力分析242

4.4 陶瓷基复合材料中的界面控制249

4.4.1 纤维增强陶瓷基复合材料的断裂模式与界面结合强度的关系250

4.4.2 纤维/基体界面相的功能、控制途径、要求与种类251

4.4.3 纤维涂层工艺257

4.4.4 界面相的性能表征262

4.4.5 纤维增强陶瓷基复合材料中的纤维涂层实例267

参考文献270

第五章 先驱有机聚合物转化制备陶瓷及陶瓷基复合材料273

5.1 有机先驱体转化法的特点和对先驱体的基本要求273

5.1.1 用先驱有机聚合物转化制备陶瓷及陶瓷基复合材料的特点273

5.1.2 对陶瓷先驱体的基本要求274

5.2 聚碳硅烷的合成及其裂解转化过程275

5.2.1 聚碳硅烷的合成275

5.2.2 聚碳硅烷的裂解转化278

5.3 聚硅氮烷的合成与裂解转化过程282

5.3.1 聚硅氮烷的合成282

5.3.2 聚硅氮烷的裂解转化283

5.4 其他陶瓷先驱有机聚合物284

5.5 先驱体转化制备颗粒增强的陶瓷基复合材料工艺285

5.5.1 先驱体转化制备颗粒增强陶瓷基复合材料的一般工艺流程285

5.5.2 颗粒增强陶瓷基复合材料坯件制备工艺286

5.6 先驱体转化制备陶瓷基复合材料的聚合物浸渍-裂解法和增密工艺287

5.6.1 聚合物浸渍-裂解工艺287

5.6.2 增密工艺288

5.6.3 浸渍-裂解法存在的主要问题289

5.6.4 粉末浸渍与先驱有机聚合物浸渍-裂解联用制备陶瓷基复合材料的工艺290

5.7 先驱体转化制备陶瓷基复合材料的泥浆浸渍热压烧结工艺291

5.8 先驱体转化与CVI联用制备纤维增强陶瓷基复合材料295

5.9 先驱体转化陶瓷基复合材料的性能与应用297

5.9.1 先驱体转化制备陶瓷基复合材料的性能297

5.9.2 先驱体转化陶瓷基复合材料的应用300

参考文献303

第六章 化学气相渗透(CVI)法制备陶瓷基复合材料308

6.1 CVI原理及分类308

6.1.1 CVI一般原理及工艺过程308

6.1.2 CVI技术分类310

6.1.3 CVI模型314

6.2 CVI工艺设计316

6.2.1 先驱体的选择316

6.2.2 增强纤维的选择、预制件加工与固定318

6.2.3 纤维/基体的界面控制319

6.2.4 CVI技术类型与工艺参数的确定320

6.2.5 气体流动设计321

6.3 典型CVI陶瓷基复合材料的性能322

6.3.1 CVI陶瓷基复合材料的用途322

6.3.2 CVI碳化硅基复合材料的性能322

6.3.3 不同基体CVI陶瓷基复合材料的性能对比331

6.4 CVI技术的发展方向331

6.4.1 材料332

6.4.2 CVI技术的发展趋势333

参考文献334

第七章 制备陶瓷基复合材料的其他工艺339

7.1 与陶瓷基复合材料工艺原理有关的相间相容性339

7.1.1 相间热匹配339

7.1.2 相间化学相容性与化学反应控制341

7.1.3 烧结致密化过程的驱动力344

7.2 连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备345

7.2.1 料浆浸渍及热压烧结法345

7.2.2 直接氧化沉积法349

7.2.3 溶胶-凝胶法350

7.3 晶须(或短切纤维)增强陶瓷基复合材料制备工艺351

7.3.1 外加晶须(或短切纤维)增强陶瓷基复合材料制备工艺352

7.3.2 原位生长晶须增强陶瓷基复合材料工艺361

7.4 颗粒弥散型陶瓷基复合材料制备工艺362

7.4.1 原料处理362

7.4.2 坯件成型365

7.4.3 颗粒增强陶瓷基复合材料的常压烧结技术371

7.4.4 颗粒增强陶瓷基复合材料的热压烧结技术376

7.4.5 制备颗粒增强陶瓷基复合材料的其他技术383

7.5 纳米陶瓷复合材料的制备工艺384

7.5.1 纳米粒子的分散与制粒385

7.5.2 纳米陶瓷复合材料的烧结389

7.5.3 制备纳米陶瓷复合材料的原位生成法390

参考文献393

第八章 陶瓷基复合材料力学性能表征及测试方法397

8.1 陶瓷基复合材料力学性能表征的基本问题397

8.2 陶瓷基复合材料的断裂404

8.2.1 陶瓷基复合材料的断裂模式404

8.2.2 界面力学性能的表征406

8.2.3 残余应力的测量414

8.2.4 纤维性能415

8.2.5 单向复合材料中的基体开裂419

8.2.6 双向复合材料中的基体开裂428

8.3 疲劳性能438

8.3.1 基本现象438

8.3.2 基体裂纹扩展440

8.3.3 多重开裂和破坏445

8.3.4 热-机械疲劳447

8.3.5 实验结果448

8.4 蠕变452

8.4.1 基本行为452

8.4.2 纤维断裂的影响455

8.4.3 界面解离456

8.4.4 基体开裂456

8.4.5 应变回复458

8.4.6 实验结果459

8.5 陶瓷及陶瓷基复合材料的环境持久性460

8.5.1 研究现状460

8.5.2 未来需求468

参考文献469

第九章 陶瓷基复合材料的设计与连接476

9.1 陶瓷基复合材料的设计476

9.1.1 陶瓷增韧显微结构设计479

9.1.2 协同增韧效应设计491

9.1.3 晶须增韧陶瓷的设计方法494

9.1.4 连续纤维增强陶瓷基复合材料的设计方法496

9.1.5 编织物增强陶瓷基复合材料的设计方法499

9.1.6 陶瓷及陶瓷基复合材料设计的发展方向502

9.2 陶瓷和陶瓷基复合材料的连接504

9.2.1 陶瓷和陶瓷基复合材料连接的基本概念504

9.2.2 致密的陶瓷基复合材料部件的连接技术507

9.2.3 在未烧结态下连接515

9.2.4 连接质量的无损检测516

9.2.5 对连接技术研究的展望517

参考文献519

第十章 典型陶瓷基复合材料528

10.1 碳化硅/氮化硅528

10.1.1 SiCp/Si3N4的制备工艺529

10.1.2 SiC/Si3N4的结构529

10.1.3 SiCp/Si3N4的性能530

10.1.4 SiCp/Si3N4的应用531

10.2 碳化硅晶须增强氧化铝532

10.2.1 SICw/AL2O3的制备工艺532

10.2.2 SiCw/AL2O3的结构532

10.2.3 SICw/AL2O3的性能533

10.2.4 SICw/AL2O3的应用535

10.3 碳化硅晶须增强氮化硅535

10.3.1 SiCw/Si3N4的制备工艺535

10.3.2 SiCw/Si3N4的结构536

10.3.3 SiCw/Si3N4的性能537

10.3.4 SiCw/Si3N4的应用538

10.4 纤维增强先驱体转化碳化硅538

10.4.1 单向纤维增强SiC538

10.4.2 三维编织SiC基复合材料547

10.5 先驱体转化-热压烧结碳纤维增强碳化硅549

10.5.1 制备工艺550

10.5.2 Cf/SiC复合材料的结构551

10.5.3 Cf/SiC复合材料的性能555

10.5.4 纤维涂层对Cf/SiC复合材料性能的影响558

10.5.5 Cf/SiC复合材料的应用560

10.6 碳/碳复合材料561

10.6.1 碳/碳复合材料的应用和技术需求563

10.6.2 碳/碳复合材料的工艺565

10.6.3 碳/碳复合材料的结构585

10.6.4 碳/碳复合材料的性能587

10.6.5 碳/碳复合材料的发展方向594

参考文献599

主要西文缩略语604

主要符号说明610