複合材料的製備
1 複合材料的基本概念和效能
現代陶瓷材料具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕及重量輕等許多優良的效能。 但是，陶瓷材料同時也具有致命的缺點，即脆性，這一弱點正是目前陶瓷材料的使用受到很大限制的主要原因。
因此，陶瓷材料的韌性化問題便成了近年來陶瓷工作者們研究的乙個重點問題。現在這方面的研究已取得了初步進展，探索出了若干種韌化陶瓷的途徑。其中，往陶瓷材料中加入起增韌作用的第二相而製成陶瓷基複合材料即是一種重要方法。
(1) 基體
陶瓷基複合材料的基體為陶瓷，這是一種包括範圍很廣的材料，屬於無機化合物而不是單質，所以它的結構遠比金屬合金複雜得多。現代陶瓷材料的研究，最早是從對矽酸鹽材料的研究開始的，隨後又逐步擴大到了其他的無機非金屬材料。
目前被人們研究最多的是碳化矽、氮化矽、氧化鋁等，它們普遍具有耐高溫、耐腐蝕、高強度、重量輕和**低等優點。
(2) 增強體
陶瓷基複合材料中的增強體，通常也稱為增韌體。從幾何尺寸上增強體可分為纖維(長、短纖維)、晶須和顆粒三類。
a. 纖維:
在陶瓷基複合材料中使用得較為普遍的是碳纖維、玻璃纖維、硼纖維等；
b. 晶須：
晶須為具有一定長徑比(直徑0.3~1 m,長0~100 m) 的小單晶體。晶須的特點是沒有微裂紋、位錯、孔洞和表面損傷等一類缺陷，因此其強度接近理論強度。
由於晶須具有最佳的熱效能、低密度和高楊氏模量，從而引起了人們對其特別的關注。
在陶瓷基複合材料中使用得較為普遍的是sic、a12o3及si3n4晶須。
顆粒從幾何尺寸上看，顆粒在各個方向上的長度是大致相同的，一般為幾個微公尺。
顆粒的增韌效果雖不如纖維和晶須。但是，如果顆粒種類、粒徑、含量及基體材料選擇適當仍會有一定的韌化效果，同時還會帶來高溫強度，高溫蠕變效能的改善。所以，顆粒增韌複合材料同樣受到重視並對其進行了一定的研究。
常用的顆粒也是sic、si3n4等。
2 陶瓷基基複合材料的種類
1. 纖維增強陶瓷基複合材料
在陶瓷材料中，加入第二相纖維製成複合材料是改善陶瓷材料韌性的重要手段，按纖維排布方式的不同，又可將其分為單向排布長纖維複合材料和多向排布纖維複合材料。
單向排布纖維陶瓷基複合材料
單向排布纖維增韌陶瓷基複合材料的顯著特點是它具有各向異性，即沿纖維長度方向上的縱向效能要大大優於其橫向效能。
在實際構件中，主要是使用其縱向效能。在單向排布纖維增韌陶瓷基複合材料中，當裂紋擴充套件遇到纖維時會受阻，這時，如果要使裂紋進一步擴充套件就必須提高外加應力。
這一過程的示意圖如下：
多向排布纖維陶瓷基複合材料
單向排布纖維增韌陶瓷只是在纖維排列方向上的縱向效能較為優越，而其橫向效能顯著低於縱向效能，所以只適用於單軸應力的場合。而許多陶瓷構件則要求在二維及三維方向上均具有優良的效能，這就要進一步研究多向排布纖維增韌陶瓷基複合材料。二維多向排布纖維增韌複合材料的纖維的排布方式有兩種：
一種是將纖維編織成纖維布，浸漬漿料後，根據需要的厚度將單層或若干層進行熱壓燒結成型，如下圖所示。
這種材料在纖維排布平面的二維方向上效能優越，而在垂直於纖維排布面方向上的效能較差。
一般應用在對二維方向上有較高效能要求的構件上。
另一種是纖維分層單向排布，層間纖維成一定角度，如下圖所示。
3 纖維增強陶瓷基複合材料的製備
纖維增強陶瓷基複合材料的效能取決於多種因素，如基體、纖維及二者之間的結合等。
從基體方面看，與氣孔的尺寸及數量，裂紋的大小以及一些其它缺陷有關；
從纖維方面來看，則與纖維中的雜質、纖維的氧化程度、損傷及其他固有缺陷有關；
從基體與纖維的結合情況上看，則與介面及結合效果、纖維在基體中的取向，以及載體與纖維的熱膨脹係數差有關。
正因為有如此多的影響因素，所以在實際中針對不同的材料的製作方法也會不同，成型技術的不斷研究與改進，正是為了能獲得效能更為優良的材料。
目前採用的纖維增強陶瓷基複合材料的成型主法主要有以下幾種：
1．泥漿燒鑄法
這種方法是在陶瓷泥漿中分散纖維。然後澆鑄在石膏模型中。這種方法比較古老，不受製品形狀的限制。但對提高產品效能的效果顯著，成本低，工藝簡單，適合於短纖維增強陶瓷基複合材料的製作。
2．熱壓燒結法
將特長纖維切短(<3mm)，然後分散並與基體粉末混合，再用熱壓燒結的方法即可制得高效能的複合材料。
這種方法中，纖維與基體之間的結合較好，是目前採用較多的方法。
這種短纖維增強體在與基體粉末混合時取向是無序的，但在冷壓成型及熱壓燒結的過程中，短纖維由於在基體壓實與緻密化過程中沿壓力方向轉動，所以導致了在最終制得的複合材料中，短纖維沿加壓面而擇優取向，這也就產生了材料效能上一定程度的各向異性。
3. 浸漬法
這種方法適用於長纖維。首先把纖維編織成所需形狀，然後用陶瓷泥漿浸漬，乾燥後進行焙燒。
浸漬法的優點是纖維取向可自由調節，如單向排布及多向排布等。
浸漬法的缺點則是不能製造大尺寸的製品，而且所得製品的致密度較低。
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