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有刀槍不入的陶瓷嗎？

時間：三天前
來源：裝修界

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脆性是陶瓷的最大弱點，它大大限制了陶瓷的應(yīng)用范圍。但是，這并非是陶瓷材料的"不治之癥"，經(jīng)過各國科學(xué)家和工程師多年的艱苦研究，終天大大地改善了陶瓷的脆性，研制出纖維補強陶瓷復(fù)合材料。

這種材料不象傳統(tǒng)陶瓷"性格脆弱"，一打就破，陶瓷復(fù)合材料比一般陶瓷"剛強"多了，摔不爛，打不碎，甚至能夠"刀槍不入"。請看這樣一個鏡頭：在硝煙彌漫，炮聲轟鳴的戰(zhàn)場上，幾輛現(xiàn)代化坦克奮力猛進，一發(fā)發(fā)炮彈在裝甲上爆炸，然而，坦克卻安全無恙，繼續(xù)前進。難道這些坦克有什么魔法？原來，這種坦克有新型的復(fù)合裝甲。復(fù)合裝甲就象餡餅一樣，分為三層。外層是八十毫米厚的鋼板，最里層是二十毫米厚的鋼板，兩層鋼板之間夾著復(fù)合材料陶瓷層，這種復(fù)合裝甲能把炮彈大部分能量吸收掉，降低其穿透能力，復(fù)合裝甲的抗彈能力普通裝甲提高三倍，可見這種現(xiàn)代陶瓷復(fù)合材料的巨大威力了。

　　現(xiàn)代陶瓷復(fù)合材料的這種"打不碎"的性能，目前已開始顯露出它的鋒芒。這一類材料的發(fā)展，在很大程度上要受到可使用纖維品種的影響。在六十年代初期開始從事這類材料研究工作的時候，可供使用的纖維品種只是金屬絲，而且適合于使用的只有鉬絲和鎢絲。當(dāng)時用鉬絲或鎢絲來補強氧化鋁、氧化鋯等氧化物陶瓷以及某些硅酸鹽陶瓷。所獲得的復(fù)合材料，有些增加了強度，有些提高了抗機械沖擊的性能，有些則在抗熱震性方面有顯著的改進，有些則不然，沒有補強?quot;補弱"，也就是說強度反而下降。這說明纖維與陶瓷既然組成的是一個復(fù)合系統(tǒng)，兩者就有一個相互匹配的問題。首先，陶瓷要做成可用的制品，都必須經(jīng)過一千幾百攝氏度的高溫?zé)?，選用的纖維就必須能耐受這樣的高溫及其環(huán)境，而且在這個溫度下不能發(fā)生什么化學(xué)反應(yīng)，不然的話，纖維不是大大地被損害了它本身的性能，就是有被"吃掉"的危險。其原理是用一種強度和彈性模量比較高的纖維（也就是既要強度高，又要在比較高的應(yīng)力下才能使它變形）均勻地分布于陶瓷體之中，這樣就可以做到使外加的負(fù)荷的大部分傳遞到纖維上，而減輕陶瓷本身的負(fù)擔(dān)。因此，加有纖維的陶瓷受到外力后，比較不容易從裂紋源產(chǎn)生裂紋。且纖維具有極高的強度，將可使陶瓷材料的強度有大幅度的增強。更重要的一點是，纖維在陶瓷基體中將可使材料的脆性變得很小。當(dāng)然，它的抗熱震性能也將同時有極大的提高。只要纖維選用得當(dāng)，就有可能使這種復(fù)合材料既可保持陶瓷所固有的特性，又可彌補人們對陶瓷最為擔(dān)心的弱點，即脆性。

　　這種材料使用的耐高溫纖維，除了金屬絲外，近十余年來新發(fā)展了一些非金屬纖維，其中最有成效的是碳纖維。它經(jīng)過石墨化處理后卻成為石墨纖維，它比碳纖維具有更高的彈性模量，這正是制造復(fù)合材料希望具備的性能。

　　對于基體材料的選擇，比較多的考慮是用金屬絲來補強，如用鎢絲補強氮化硅，可以使它在1300℃下的抗機械沖擊強度增加九倍，如果改用鉭絲補強氮化硅，在性能改進上的效果就比較突出。它的室溫抗機械沖擊強度增加了30倍。此外還有用熱解沉積的辦法，制成纖維增強陶瓷材料，在25微米的鎢絲上沉積碳化硅，做成直徑為80-100微米、帶有鎢芯的碳化硅絲，以它來補強氮化硅，所得到陶瓷復(fù)合材料的斷裂功居然可以提高到未補強的氮化硅的幾百倍，強度也比未補強的氮化硅增加60％。有人甚至用莫來石的晶須來補強氮化硼，可得到較高的強度，抗機械沖擊強度可提高十倍以上，抗熱震性亦有顯著的改善。

　　當(dāng)然，纖維補強陶瓷復(fù)合材料雖然在制作上有種種限制和困難，但是一旦制成復(fù)合材料，無論在強度的提高上，特別是抗機械沖擊或者抗熱沖擊的性能上，都比不用纖維補強的陶瓷有極為顯著的提高。

　　纖維補強陶瓷復(fù)合材料在陶瓷家族的現(xiàn)代子孫中可以說是最年輕的不弟弟，但它的用途很廣，無論是軍事、宇宙飛行、高溫材料、化學(xué)工業(yè)等方面都要用上纖維補強材料，有人估計到本世紀(jì)末，陶瓷復(fù)合材料將在材料世界中占有相當(dāng)?shù)谋戎亍?/FONT>