原材料及其特性

3.原材料及其特性按在复合材料中的作用，可分为基体材料和增强相材料，其中基体材料按材质分为金属、陶瓷和聚合物。陶瓷又包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷等；而增强材料按形态可分成纤维、晶须、颗粒增强材料等几类。3.1基体材料

3.1.1氧化物陶瓷

陶瓷：金属与非金属元素的化合物构成的非均匀固体物质氧化物：大多数典型陶瓷的主要组成和晶体相主要由离子键结合，也有一定成分的共价键结构取决于结合键的类型、各种离子的大小以及在极小空间保持电中性的要求最重要的：AO，AO2，A2O3，ABO3和AB2O4等（A，B表示阳离子）结构的共同点：氧离子（一般比阳离子大）进行紧密排列、金属阳离子位于一定的间隙中，最重要的是四面体和八面体间隙。

各种氧化物的结构及特点

结构类型氧离子排列方式阳离子填充方式结构名称举

例

面心立方全部八面体间隙岩盐MgO，CaO，SrO，BaO，CdO，VO，MnO，FeO，CoO，NiOAO面心立方1/2四面体间隙闪锌矿BeO

面心立方1/2四面体间隙纤维锌矿ZnO

简单立方1/2立方体间隙萤石ThO2，CaO2，PrO2，UO2，ZrO2，HfO2，NpO2，PuO2，AmO2AO2面心立方全部四面体间隙反萤石

畸变面心立方1/2八面体间隙金红石TiO2，GeO2，SnO2，PbO2，VO2，NbO2，TeO2，MnO2，RuO2，OsO2，IrO2A2O3密排六方2/3八面体间隙刚玉Al2O3，Fe2O3，Cr2O3，Ti2O3，V2O3，Ga2O3，Rh2O3

密排六方2/3八面体间隙（A，B）钛铁矿FeTiO3，NiTiO3，CoTiO3ABO3面心立方1/4八面体间隙（B）钙钛矿CaTiO3，SrTiO3，SrSnO3，SrZrO3，SrHfO3，BaTiO3

面心立方1/8四面体（A）、1/2八面体间隙（B）尖晶石FeAl2O4，ZnAl2O4，MgAl2O4AB2O4面心立方1/8四面体（A）、1/8八面体间隙（A，B）反尖晶石FeMgFeO4，MgTiMgO4

密排六方1/2八面体（A）、1/8四面体间隙（B）橄榄石Mg2SiO4，Fe2SiO4氧化物陶瓷

熔点高，多超过2000℃纯氧化物：SiO２，Al2O3，ZrO2，MgO，CaO，BeO，ThO2和UO2氧化物之间的化合物：3Al2O3·2SiO2(莫来石)，MgO·Al2O3(尖晶石)晶体结构：单相多晶材料，可能含有少量的气相(气孔)和玻璃相微晶氧化物陶瓷：强度较高粗晶结构：晶界较平直且界上的内应力较大，使强度降低。强度随着温度的升高而降低，但在800～1000℃以前不明显，高于此温度后大多数材料的强度剧烈降低。在任何高温下都不会氧化，所以是很有用的高温耐火结构材料。

Al2O3氧化铝，刚玉型晶体接近于原子晶体，其它晶型的基本上是离子晶体，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm。它的流动性好，难溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是铝电解生产中的主要原料。有四种同素异构体β－氧化铝δ－氧化铝γ－氧化铝α－氧化铝，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。名称氧化铝;刚玉;白玉;红宝石;蓝宝石;刚玉粉;corundum化学式Al₂O₃外观白色晶状粉末或固体Al2O3(刚玉)陶瓷

主要成分：Al2O3和SiO2Al2O3含量越高，性能越好，但制备工艺更复杂、成本更高高的室温和高温强度、高的化学稳定性和接点介电性能热稳定性不高高硬度、耐磨性好：可用于制造高速切削工具、量规、拉丝模、轴承耐高温特性：高温热电偶套管、坩埚等耐蚀性：化工高压机械泵零件、内燃机火花塞电真空陶瓷，绝热材料（多孔）微晶刚玉的性能优于其它工具材料，其密度达3.96g/cm3，抗弯强度达500MPa，硬度达HRA92～93，红硬性达1200℃，用于要求高的各类工具。

中国氧化铝工业概况

我国具有较丰富的铝土矿资源，迄今已探明保守储量23亿吨，位居世界第4，具备发展氧化铝工业的资源条件。据2004年以来的不完全统计，国内已公布的氧化铝投资项目达26个,测算总规模达1604.1万t。即使不考虑利用国外铝土矿资源和到海外投资办厂的项目，总规模也达到2814.1万t。2006年底，中铝公司氧化铝生产952万t，除目前已公布在建的氧化铝规模外，全国还有拟建氧化铝总规模1992万t接近国外所有拟建(扩建)氧化铝项目的总和。氧化铝工业的迅速发展不同于以往的低水平重复建设，而是上规模、高水平，优化了结构，极大地提升了我国氧化铝工业整体水平和竞争力。但是，如果这种投资热继续无序膨胀，势必造成产品相对过剩。氧化铝企业发展策略

当能源价格不断攀升之时，世界各大铝业公司开始把建设铝业生产基地的目光转向电价低廉的中东和非洲。通过降低左右生产成本的电费，确保铝业生产的价格竞争力，成为世界各大铝业公司的着眼点。从国内政策面上分析，国家产业政策给铝行业定位在满足国内需求上，且在对高精尖产品和低技术含量产品在政策上将会有区别。因此，上下游铝企业对于行业所出现的政策性和结构性拐点，应着眼于内销市场，扩大铝在国内市场的应用；扩大铝应用领域，提高铝应用的附加值、提升技术含量。另外，铝生产企业应该多关注相关行业和下游行业发展的动向，特别是掌握交通运输、电力、包装、家电等行业发展趋势，同时加大技术攻关和科技投入。氧化铝陶瓷的主要性能

名

称刚玉—莫来石瓷刚玉瓷刚玉瓷牌

号75瓷95瓷99瓷Al2O3含量(wt%)主晶相

密度(g/cm3)抗拉强度(MPa)抗弯强度(MPa)抗压强度(MPa)热膨胀系数(×10-6)介电强度(kv/mm)75α-Al2O3，3Al2O3·2SiO23.2～3.4140250～30012005～5.525～3095α-Al2O3

3.5180280～35020005.5～7.515～1899α-Al2O3

3.9250370～45025006.725～30氧化锆氧化锆(ZrO2)自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、棕黄、黄绿等，比重4．6—4．7，硬度7．5，具有强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料。纯的氧化锆是一种高级耐火原料，其熔融温度约为2900℃它可提高釉的高温粘度和扩大粘度变化的温度范围，有较好的热稳定性，其含量为2％-3％时，能提高釉的抗龟裂性能。还因它的化学惰性大，故能提高釉的化学稳定性和耐酸碱能力，还能起到乳浊剂的作用。在建筑陶瓷釉料中多使用锆英石，一般用量为8％—12％。并为“釉下白”的主要原料，氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂，若想获得较好的钒锆黄颜料必须选用质纯的氧化锆。ZrO2陶瓷

呈弱酸性或惰性导热系数小(在100～1000℃区间，λ=1.5～1.7kcal/mh℃)推荐使用温度为2000～2200℃耐火坩埚、炉子和反应堆的绝热材料、金属表面的防护涂层三种晶型:立方结构(c相)、四方结构(t相)和单斜结构(m相)增韧：加入适量的稳定剂后，t相可以部分地以亚稳定状态存在于室温，称为部分稳定氧化锆(简称PSZ)。在应力作用下发生t→m马氏体转变称为“应力诱导相变”。这种相变过程将吸收能量，使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而实现增韧。部分稳定氧化锆的断裂韧性远高于其它结构陶瓷，并由此获得了“陶瓷钢”的称誉。增韧其它陶瓷材料即氧化锆增韧陶瓷(ZTC)。常用的稳定剂有MgO，Y2O3，CaO，CeO2等。

Mg-PSZ

（

MgO作为稳定剂的部分稳定氧化锆）工艺：将含MgO(6～10mol%)的ZrO2粉料成型后于1700～1850℃(立方相区)烧结，控制冷却速度快速冷却至c+t双相区后等温时效;或直接冷却至室温后再进行时效处理，使t相在过饱和c相中析出两类：高强型：在1400～1500℃处理，抗弯强度800MPa，断裂韧性10MPam1/2抗热震型：在1100℃处理，抗弯强度600MPa，断裂韧性8～15MPam1/2存在的问题：烧结温度高、晶粒易于长大，为了控制t相及其含量，需要急冷工艺，对设备的要求较苛刻，严重影响了这类材料的应用新进展：在ZrO2-MgO二元系低共析点附近选择适宜的MgO/ZrO2比，例如13/87mol%，引入适量的稀土氧化物如Y2O3等，在1550℃左右即可烧结得到性能优异的微晶PSZ(晶粒尺寸1～2μm)，经1100℃处理后强度500～650MPa，KIC=9～14MPam1/2。还可在这个体系中引入Al2O3控制烧结过程和改性PSZ，制备出Y2O3-MgO-Al2O3-ZrO2四元系新型Mg-PSZ。

Y-TZP（四方多晶氧化锆陶瓷

）

PSZ的一个分支在t相区烧结，1350～1450℃，冷却过程中不发生相变组织：室温下保持全部或大部分t相（可相变）稳定剂：Y2O3强度：1000MPa，断裂韧性：10MPam1/2以上。强度最高可达1500～2500MPa主要问题：低温(300～500℃)长期时效性能恶化，即老化问题。这可能是表面受到某种化学腐蚀(如H2O等)，使基体应力松弛，导致t→m相变，使材料性能恶化。一般通过加入Al2O3，CeO2等抑制这一恶化过程。

其它氧化物MgO，CaO陶瓷呈碱性，能抗各种金属碱性渣，但它们的热稳定差。MgO高温下易挥发，CaO甚至在空气中就易水化。它们可用于制作坩埚，MgO还可作炉衬和高温装置等。BeO陶瓷的特点是导热性很好，因而具有高的热稳定性，但强度性能较差。BeO消散高能辐射的能力强、热中子阻尼系数较大，用于制造熔化某些纯金属的坩埚并可用作真空陶瓷和原子反应堆用陶瓷。ThO2，UO2陶瓷具有很高的熔点、高的密度，并具有放射性，主要用于制造熔化铑、铂、银和其它金属的坩埚、电炉构件、动力反应堆中的放热元件等。MgO白色或淡黄色粉末，无臭、无味，本品不溶于水和乙醇，熔点2852℃，沸点3600℃，氧化镁有高度耐火绝缘性能。经1000℃以上高温灼烧可转变为晶体，升至1500℃以上则成死烧氧化镁或烧结氧化镁。化学性质:氧化镁是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性暴露在空气中，容易吸收水份和二氧化碳而逐渐成为碱式碳酸镁，轻质品较重质品更快，与水结合生成氢氧化镁，呈微碱性反应，饱和水溶液的pH为10.3。溶于酸和铵盐难溶于水，其溶液呈碱性。不溶于乙醇。一些高耐火度氧化物的基本特性

氧化物熔点℃理论密度g/cm3抗拉强度MPa抗弯抗压弹性模量MPa莫氏硬度线膨胀系数106℃-1导热系数kcal/(mh℃)体积电阻率cm抗氧化性热稳定性抗磨蚀能力Al2O3ZrO2BeOMgOCaOThO2UO220502700258028002570305027605.635.63.023.583.359.6910.962551479898-98-14722612810878--294320607851373-1472961375103169103304103210103-1371031611039795～64～56.53.58.47.710.615.613.810.210.524.81.518029.712.07.36.31016104(1000℃)1014101510141012103(800℃)中等中等中等中等中等中等中等高低高低低低-高高中等中等中等高-莫来石

是Al2O3-SiO2系中唯一稳定的二元化合物其组成：3Al2O32SiO2~2Al2O3·SiO2变化化学计量：3Al2O3·2SiO2硅氧四面体有规则、交替连接成双链式的硅铝氧结构团，由六配位的铝离子把一条条双链连接起来，构成莫来石整体结构莫来石的特性特性理论密度g/cm3熔点℃扬氏模量GPa热导率J/m℃热膨胀系数(25～1500℃)(×10-6K-1)泊松比蠕变

m/h8.27MPa,1000℃数据3.16～3.22189010200～2205.05.50.238-0.2769.8×10-9莫来石不饱和的具有有序分布氧空位的网络结构结构特点：空隙大、比较疏松独特的性能：较低的热膨胀系数、低的热导率和热容，低的弹性模量，良好的绝热和抗热震性及耐腐蚀性，低的蠕变性大多数结构陶瓷其强度随温度上升均有不同程度的退化，而莫来石在一定组成和温度内不仅不下降反而有一定起跳当组成为68wt%Al2O3、32wt%SiO2时，其1300℃时的强度和韧性为室温的1.7倍。在此基础上可制备出性能优异的莫来石基复相陶瓷材料当组成为60wt%Al2O3时，莫来石陶瓷中晶体呈现针柱状交织网络结构，玻璃相填充于网络间，使得莫来石陶瓷具有优异的抗热震性能，是制备莫来石质窑具的极佳材料

莫来石莫来石一般是由人工合成的。工业上多用天然高铝矾土、粘土或工业氧化铝等为原料，采用烧结或电熔法合成莫来石熔块，然后破碎成各种粒度的莫来石粉料。一般合成温度高于1700℃。实验室及一些特殊的场合也有用化学法如溶胶—凝胶法合成高纯超细莫来石粉末的。莫来石质陶瓷通常在常压下1550～1600℃烧成，纯莫来石陶瓷要在1750℃左右才能烧结。尖晶石（Spinel）

尖晶石（Spinel）从广义上讲指的是相同结构的一类矿物，化学通式可写为AO·R2O3或AR2O4，其中A代表二价元素离子，可以是Mg2+，Fe2+等，R为三价元素，可以是Al3+，Fe3+，Cr3+等，它们大都以同晶型固溶体形式存在。镁铝尖晶石（缩写为MA，也称作尖晶石）是MgO-Al2O3二元系中的一个中间化合物，其熔点为2135℃，理论密度3.58g/cm3，热膨胀系数为7.6×10-6/℃(0～1000℃)。镁铝尖晶石具有良好的抗蚀性、抗热震性和耐磨性，是用的比较广泛的一类碱性陶瓷材料，它可以和其它许多陶瓷材料复合制备出性能优异的高温结构材料，如方镁石—尖晶石、新型(Y,Mg)ZrO2/MgAl2O4系微晶PSZ[3]等。一般尖晶石多用镁砂（MgO)等配以Al2O3的原料（如矾土、工业氧化铝等），于1500℃左右煅烧或电熔合成；也有在1200～1300℃得到活性较高的轻烧尖晶石，作为制品中的细粉活性成分，以利于坯体的高温烧结。尖晶石制品一般需要1700℃以上才能致密烧结。尖晶石原料的性能

种类成分wt%体积密度显气孔率晶粒尺寸

Al2O3SiO2g/cm3%μm电熔尖晶石69.230.23.47～3.49>7>500烧结尖晶石70.029.03.10～3.303.5～5.5503.1.2非氧化物陶瓷

非氧化物陶瓷：金属的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等自然界很少有，需要人工合成是先进陶瓷特别是金属陶瓷的主要成分和晶相主要由共价健结合而成，有一定的金属键的成分具有较高的耐火度、高的硬度（有时接近于金刚石）和高的耐磨性（特别对浸蚀性介质）脆性都很大，抗高温氧化能力一般不高，在氧化气氛中将发生氧化而影响材料的使用寿命。氮化硅陶瓷

氮化硅（Si3N4)有两种晶型即α-Si3N4和β-Si3N4，均属六方晶系，两者都是由[SiO4]四面体共用顶角构成的三维空间网络，α-相在高温下可转变为β-相，但一般认为两相在结构上只有对称性的差别（β-相对称性较高），而无高低温相之分。

氮化硅的晶格常数和密度

晶相晶格常数单位晶胞分子数计算密度g/cm3

ac

α-Si3N47.748±0.0015.617±0.00143.184β-Si3N47.608±0.0012.910±0.000523.187Si3N4粉体的制备方法

1)硅粉直接氮化法市售的氮化硅粉多用此法生产3Si+2N2→Si3N4是放热反应，反应初期应控制N2流量、避免局部过热超过Si3N4的熔点，使形成的β-相增多一般采用多步氮化制度，氮化时间约72小时产物结块、颗粒粗，使用前需粉碎，易引入杂质，影响高温性能。Si3N4粉体的制备方法

2)SiO2碳还原法原料（SiO2、C)便宜、纯度高，生成的Si3N4粉末纯度高、颗粒细反应吸热、无需分阶段氮化，氮化速度比Si粉的快SiO2-C-N2，总反应式为3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO反应较复杂、易生成纤维状物质，因此需控制反应速度等以避免SiC的形成，并采取措施控制粉末的形貌SiO2不易完全还原氮化烧结时少量的SiO2在高温下与金属杂质易形成低共熔物，严重影响材料的高温强度。Si3N4粉体的制备方法

3)亚胺和胺化物热分解又叫SiCl4液相法。

n-C6H6

SiCl4(l)+6NH2(g)Si(NH)3+4NH4Cl0℃

真空加热去除NH4Cl，再在高温下惰性气氛中加热分解生成Si3N4。

Si3N4粉体的制备方法

4)SiCl4或SiH4与NH3的化学气相沉积（CVD）法把SiCl4挥发气或SiH4在高温下与NH3直接进行气相反应3SiCl4+16NH3→Si3N4+12NH4Cl3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2

3)和4)两个方法反应剧烈、设备复杂、难以控制，尽管产物为高纯、超细的Si3N4粉末，由于成本高、产率低并常含有对密度有害的Cl-离子，因此这两种方法多用于制作Si3N4涂层。近年来人们还利用新技术如激光诱导法、等离子体法等制备出了纳米级的Si3N4或SiC粉末。

Si3N4陶瓷的制备方法

固相烧结极为困难（于共价键化合物的原子自扩散系数非常小）常用的方法反应烧结（RBSN）热压烧结反应烧结：将硅粉以适当方式成型后，在氮气炉中通氮进行氮化：3Si+2N2=Si3N4～1350℃

，为了精确控制试样的尺寸公差，还常把反应烧结后的制品在一定氮气压力下较高温度下再次烧成，使之进一步致密化，这就是所谓的RBSN的重烧结或重结晶。Si3N4陶瓷的制备方法热压烧结是用α-Si3N4含量高于90%的Si3N4细粉，加入适量的烧结助剂（如MgO，Al2O3)在高温（约1600～1700℃）和外压力下烧结而成。在热等静压烧结方面也取得了一定进展。利用烧结助剂使Si3N4在常压下液相烧结也是可行的。有效的烧结助剂有MgO，Y2O3，CeO2，ZrO2，BeO，Sc2O3，Mg2N2，La2O3，BeSiN2，SiO2等

Si3N4陶瓷的一些典型性能

类型抗弯强度

(四点，MPa)弹性模量热膨胀系数α导热率

室温1000℃1375℃GPa10-6℃-1wm-1℃-1热压（加MgO)6906203303173.030～15烧结（加Y2O3）6555852752763.228～12反应结合(2.43g/cm3)2103453801652.86～3β-Sialon(烧结）4854852752973.222氮化硼和氮化钛陶瓷

氮化硼(BN)有两种晶型：六方BN（HBN）结构、性能与石墨相似，称白石墨。硬度不高，易于机械加工高温（1500～2000℃）高压（6～9×103MPa)下可转化为立方BN（CBN）CBN的硬度接近于金刚石，是极好的耐磨材料。

氮化硼粉末的制备含硼的化合物引入氨基含硼的化合物：硼的卤化物、硼的氧化物及其酸类，硼酸盐类以及元素硼氨基：氨、氯化氨、尿素、氮等，也有用硫氰化铵、氰化钠（或钙）或其它的有机胺类的。方法：气相合成、等离子流合成和气固相合成等原料：卤化硼法（即气相合成）、硼酸法、氧化硼和元素硼法以及碱金属硼酸盐法CBN粉末一般都是由HBN经高温高压处理后合成转换而得，由于所用催化剂不同，合成转换的反应压力与温度也不同，得到的CBN颜色而随之而异，通常有黑色、棕色或暗红色、白色、灰色或黄色成品出现氮化硼陶瓷的生产工艺冷等静压成型→1700～2000℃烧结，密度约1.2g/cm3在2000℃热压烧结，密度可达到2g/cm3而CBN的理论密度为3.45g/cm3。氮化钛（TiN)陶瓷

硬度大（显微硬度为2100kgmm-2)熔点高（2950℃）化学稳定性好具有动人的金黄色金属光泽导电性较高的超导临界温度氮化钛（TiN)陶瓷

硬度大——新型的结构材料熔点高、化学稳定性好——耐火耐磨材料动人的金黄色金属光泽——受人欢迎的代金装饰材料具有导电性——导电性熔盐电解的电极以及电触头等较高的超导临界温度——优良的超导材料氮化钛（TiN)陶瓷

TiN粉末的制取：氢化钛或钛粉直接氮化

TiO2碳还原以及

CVD法高温自蔓燃应用TiN以涂层：CVD、等离子喷涂等金属陶瓷。工艺上最大的问题是烧结过程中的吸氮和脱氮。吸氮时会改变材料的组成、产生不均匀的结构，使材料的强度和硬度急剧下降；脱氮时会严重阻碍金属陶瓷的烧结，脱出的N2气封闭在试样内部、产生很多气孔，也会影响材料的性能。

碳化硅（SiC）陶瓷

晶体结构：结晶中存在呈四面体空间排列的杂化键SP3，这是由该化物的电子结构特点决定的。碳化硅晶结构中的单位晶胞由相同四面体构成，硅原子处于中心周围是碳晶型结晶构造晶格常数

acα-SiC六方3.08175.03946HSiC六方3.07315.1184HSiC六方3.07310.05315R斜方六面12.6237.70(α=13054.5)β-SiC面心立方4.349—碳化硅粉体的制备与氮化硅类似还原法：主要是二氧化硅—碳还原法，石英砂加焦炭直接通电还原，1900℃以上，制备的SiC粉末颗粒较粗，绿色或黑色，高纯的SiC为无色气相合成法（包括CVD法）：挥发性的卤化物和碳化物按气相合成法，有机硅化物在气体中加热分解，纯度高、粒度细，但生产成本高碳化硅陶瓷理论密度是3.21g/cm3很难采用离子键结合材料的常压烧结的途径来制取高致密的SiC材料（共价键结合）一般要采用一些特殊的工艺手段或依靠第二相物质常用的制造方法有：反应烧结（包括重结晶法）热压烧结常压烧结浸渍法制作涂层的化学气相沉积（CVD）法碳化硅陶瓷反应烧结（包括重结晶法）：用α-SiC粉末与碳混合，成型后放入盛有硅粉的炉子中加热至1600～1700℃，使硅的蒸汽渗入坯体与碳反应生成β-SiC并将坯体中原有的α-SiC结合在一起热压烧结：加入B4C，Al2O3等烧结助剂常压烧结：在SiC粉体中加入0.36%的硼及0.25%以上的碳，烧结温度高达2100℃浸渍法：用聚碳硅烷作为结合剂加到SiC粉体中，然后烧结得到多孔SiC制品，再置于聚碳硅烷中浸渍，在1000℃再烧成制作涂层的化学气相沉积（CVD）法：在1200～1800℃范围内进行可得到50～100μm厚的SiC层SiC不同工艺的制备条件及其制品性能

材料制备温度℃抗弯强度(室温)(MPa)密度g/cm3弹性模量(103MPa)热膨胀系数(20～1000℃)(10-6℃)反应烧结SiC1600～1700159～4243.09-3.12380～4205.2～4.4热压SiC1800～2000718～7603.19-3.204404.8CVDSiC涂层1200～1800731～9932.95-3.21480—重结晶SiC1600～1700～1702.60206—烧结SiC(掺入SiC-B4C)1950～2100～2803.11

—烧结SiC(掺入B)1950～2100～5403.104204.9碳化硼（B4C）陶瓷

属于六方晶系密度：2.52g/cm3在2350℃左右分解B4C晶胞中碳原子构成链状位于立体对角线上，同时碳原子处于充分活动状态，这就使它有可能由硼原子来代替形成置换固溶体，并使其有可能脱离晶格，形成有缺陷的碳化硼。

碳化硼（B4C）陶瓷

B4C突出的特点是重量轻，硬度高为50GPa、耐磨性好。B4C的热膨胀系数很低(4.5×10-6/℃，20～1000℃)，热稳定性好且具有高的耐酸、耐碱性，能抗大多数熔融金属的浸蚀。这些特点使得B4C成为制做喷砂嘴、切削工具、高温热交换器、防弹衣或轻型装甲陶瓷的最佳材料之一。B4C在高于1000℃以上的氧化气氛中易发生氧化。

碳化硼（B4C）陶瓷

B4C粉末一般用过量的碳还原硼酐制得：2B2O3+7C=B4C+6CO，可在间接或直接让电流通过配料的不同类型的电阻炉或电弧炉中进行。不同的炉子中制得的B4C中游离碳或硼的含量不同。如在电阻炉中B4C分解温度以下加热配料，合成的B4C中游离的硼含量约10.2%。B4C陶瓷的烧结难于控制：烧成温度范围窄，温度低，烧结不致密；温度高，B4C易分解。通常B4C粉末可采用热压烧结和高温等静压烧结的办法制成B4C陶瓷制品。碳化钛(TiC)陶瓷

碳化钛(TiC)结晶为面心立方晶格(NaCl型)，晶格常数为4.319，密度4.93～4.90g/cm3，熔点3160～3250℃，1.15K时TiC呈现超导特性，TiC莫氏硬度9～10，弹性模量322MPa，可作为耐磨材料。工业上一般用TiO2与碳黑在高温下短时间内反应而得到TiC，其反应式如下:2TiO2+C-Ti2O3+COTi2O3+C-2TiO+COTiO+2C-TiC+CO碳化钛(TiC)陶瓷

由于钛的氧化物稳定性高，制造TiC的反应须在1800～2000℃的高温下进行。TiC粉末的含碳量在18.0～20.3%之间，游离碳含量为0.1～0.8%，粉末的颗粒度小于1～2μm。其中含碳20%的TiC为固态浅灰色金属粉末，不溶于盐酸、硫酸，易溶于碳酸和氢氟酸的混合溶液中，能溶于碱性氧化融体中，在1500℃下、氮气中形成氮化物。也有用气相沉积法TiC粉末的，但此法制得的TiC在真空中1000℃以上时分解。一般采用热压的办法将TiC粉末烧结成制品，近年来也有人用原位反应烧结的办法制造TiC复相陶瓷。透明的TiC陶瓷是较好的光学功能材料。二硅化钼(MoSi2)陶瓷

介于无机非金属与金属间化合物之间的材料原子结合方式：共价键和金属键的混合表现出既象陶瓷又象金属的综合性能有两种晶型，在1900℃以下，为稳定的C11b型四方晶体；在1900～2030℃之间为不稳定的C40型六方晶体熔点为2030℃密度6.24g/cm3800℃以上发生氧化反应形成一种粘附、凝聚、玻璃状的SiO2保护层，能够防止氧化浸蚀高于1800℃时氧扩散通过SiO2层使保护层性能恶化，形成挥发的SiO。而且高温下SiO2沿晶界形成玻璃态弱的第二相或液相恶化了高温强度、降低了抗蠕变性1000℃左右MoSi2发生脆—塑性转变，由脆性材料变为塑性材料，这一特性使其有可能成为高温结构陶瓷材料的高温连接材料。二硅化钼(MoSi2)陶瓷

制备方法：机械合金化法自蔓延高温合成：工艺简单、成本较低低真空度等离子喷涂沉积：粉末晶粒尺寸非常小、化学均匀性好固态置换反应以及放热扩散：利用扩散相变，将2～3种元素或化合物以固态形式反应生成热力学稳定的新化合物MoSi2陶瓷的制造与应用制造电弧熔炼铸造粉末压制/烧结MoSi2陶瓷通常用于电阻发热体和抗高温氧化涂层，从八十年代开始向高温结构材料发展。需要解决的问题是低温脆性和高温蠕变。研究发现，MoSi2可同许多潜在的陶瓷增强体如SiC，Si3N4，ZrO2，Al2O3，TiB2和TiC在热力学上相容，同其它高熔点硅化物如Mo5Si3，WSi2和NbSi2等有进行合金化、提高性能的可能。目前研究表明高熔点的增强剂主要有Ti，Cr，Nb，Hf，Ta和W等；高熔点高弹性模量的增强剂主要有SiC，TiC，TiB2，Y2O3，Al2O3等。3.2增强材料

增强体或增强材料按形态可分为颗粒材料和纤维或晶须材料，其中颗粒形状一般为球团形，近年来还发展起一类二维板片状颗粒强韧化材料如板片晶Al2O3与Y-TZP的复合材料，主要利用板片晶的交织结构提高材料的抗热震性及强度。

3.2.1颗粒增强体

颗粒增强体可分为两类：一类是延性颗粒复合于强基质复合体系，主要通过第二相粒子的加入在外力作用下产生一定的塑性变形或沿晶界滑移产生蠕变来缓解应力集中，达到增强增韧的效果，如一些金属陶瓷，反应烧结SiC，烧结Al2O3、AlN3，SHS法制备的TiC/Ni等均属此类；另一类是刚性粒子复合于基体中。根据其大小及其对复合材料性能产生的影响弥散强化复合材料：弥散粒子十分细小直径从纳米级到几个微米之间颗粒复合材料3.2.1颗粒增强体

选择弥散相的原则：①弥散相往往是一类高熔点、高硬度的非氧化物材料如SiC，TiB2，B4C，CBN等，基体一般为Al2O3，ZrO2，莫来石等。此外ZrO2相变增韧粒子是近年来发展起来的一类新型颗粒增强体；②弥散相必须有最佳尺寸、形状、分布及数量，对于相变粒子，其晶粒尺寸还与临界相变尺寸有关，如t-ZrO2，一般应小于3m；③弥散相在基体中的溶解度须很低，

且不与基体发生化学反应；④弥散相与基体须有良好的结合力。颗粒增强体真正颗粒复合材料指的是含有大量的粗大颗粒，这些颗粒不能有效阻挡裂纹扩展，设计这种复合材料的目的不是为了提高强度，而是为了获得不同寻常的综合性能，如混凝土、砂轮磨料等即为此类颗粒复合材料。但陶瓷基颗粒复合材料尤其是先进陶瓷基颗粒复合材料指的大多数是颗粒弥散增强的陶瓷复合材料或称作复相陶瓷，是在纤维（晶须)补强基础上发展而来的，并且与纤维相比，颗粒的制造成本低、各向同性，强韧化效果明显；除相变增韧粒子外，颗粒增强在高温下仍然起作用[24]，因而逐渐显示了颗粒弥散增强材料的优势。近年来氧化锆增韧陶瓷(ZTC)是一类发展迅速的颗粒弥散相变增韧材料。3.2.2纤维增强体

许多材料特别是脆性材料在制成纤维后，其强度远远超过块状材料的强度。其原因是实物体愈小，表面和内部包含的能导致脆性断裂的危险裂纹的可能性愈小，如窗玻璃很容易打碎，但同样的玻璃制成纤维后强度可高达30×103MPa，不仅超过了块状玻璃而且超过了普通钢的强度(5×1