SiC(碳化硅)陶瓷因其具有優良的高溫力學性能、高導熱率、良好的抗熱沖擊性、耐化學腐蝕、低熱膨脹系數及比重輕等性能，被廣泛用于機械、化工、能源、航空航天及高溫、高壓、腐蝕、輻射、磨損等嚴酷條件下的軍事領域，也是固體火箭發動機喉襯、火箭鼻錐、陶瓷裝甲等最有希望的候選材料之一。但由于其分子結構的鍵合特點，導致其塑性變形能力缺乏，表現為脆性，嚴重地影響了其作為結構材料的應用潛力。為此，陶瓷強化增韌便成了近年來陶瓷材料研究的核心問題。

到目前為止，在基體中引入第二相(如納米顆粒、 晶須、纖維等)及材料自身的納米化等強化增韌手段已經取得了一定的效果，對各種的強化增韌機制也進行了較深入的研究。

圖1 碳化硅陶瓷(來源：網絡)

一、碳化硅陶瓷的自增韌技術

通過引入添加劑或晶種來誘導等軸狀晶粒異向生長成為如板狀、棒狀、長柱狀形貌的晶粒來形成自增韌陶瓷在近十幾年得到了廣泛的研究。其增韌機制是類似于晶須對材料的裂紋橋聯增韌、裂紋偏轉和晶粒拔出效應，其中橋聯增韌是主要增韌機制。其中，預加晶種的增韌方案在Si₃N₄ 陶瓷中應用較多。例如利用β- Si₃N₄ 晶粒的異向生長，以少量β- Si₃N₄晶種得到長柱狀的β- Si₃N₄晶體而起到增韌作用。

二、表面改性技術增韌SiC陶瓷

陶瓷材料的脆性斷裂通常是在拉應力作用下，自表面開始斷裂。如果通過人為地預加應力，在陶瓷材料表面造成一層殘余壓應力層，就有可能起到增韌的作用。類似這種陶瓷韌化技術被稱作為表面改性技術增韌。主要方法包括陶瓷表面的熱處理以及表面涂層處理等方案。

三、顆粒彌散相增韌碳化硅陶瓷技術

采用第二相顆粒增韌陶瓷基復合材料是根據性能要求進行材料改性甚至于材料設計的一種有效手段，它的主要設計思路是探討成分、組織與結構和性能的關系。

第二相顆粒的選擇所遵循的原則包括：第二相顆粒與基體之間的化學相容性與共存性；與基體之間的物理匹配性與強化性；與界相之間的匹配性以及第二相顆粒的尺寸和數量等。

在第二相顆粒確定之后，此種添加劑的粒徑與級配比例將是獲得良好增韌性能的決定性因素。在工業生產中，采用顆粒彌散增韌陶瓷最具有大規模推廣的可行性。其中顆粒增韌SiC復合材料，工藝簡單，價格便宜，易于大規模生產和被市場接受。

四、纖維/晶須增韌SiC陶瓷

纖維/晶須強韌化是目前陶瓷增韌技術中效果最為顯著的一種技術，它不僅能提高材料的韌性，而且大多數情況下還能同時提高材料的強度，因而具有巨大潛在應用前景。這種技術主要是利用高強度、高模量的陶瓷纖維或晶須與陶瓷基體構成陶瓷基復合材料，靠纖維橋聯、裂紋偏轉和纖維拔出等機制，從而達到提高陶瓷韌性和強度的目的。

圖2 纖維/晶須增韌機制示意圖(來源：網絡)

參考文獻：

1、SiC 復相陶瓷的強化增韌趨勢，西南科技大學材料科學與工程學院，熊昆，徐光亮，李冬梅，

2、碳纖維增韌碳化硅基復合材料制備技術的研究進展，中國煤炭科工集團唐山研究院¹，河北省煤炭洗選工程技術研究中心²，天地科技股份有限公司唐山分公司³，周彪^1,2,3，王兆申^1,2,3，才影^1,2,3，程會朝^1,2,3

3、流體密封用碳化硅陶瓷增韌技術研究進展，寧波伏爾肯機械密封件制造有限公司，鄔國平，謝方民，徐斌

作者：谷雨