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世界知名的无机化学与材料科学家、我国高温结构陶瓷材料研究领域的开拓者之一、中国科学院院士、发展中国家科学院院士、国际陶瓷科学院院士、亚太材料科学院院士——郭景坤

功能材料信息 2010年第5期7卷 2-8页

作者：周洪英卢利平

郭景坤，男，1933年11月出生，广东新会人，我国著名的无机化学家与材料学家，1958年毕业于复旦大学化学系，现为中国科学院上海硅酸盐研究所学术委员会主任，研究员，《无机材料学报》、《硅酸盐通报》和《Ceramics Internationals》... 详细信息

郭景坤，男，1933年11月出生，广东新会人，我国著名的无机化学家与材料学家，1958年毕业于复旦大学化学系，现为中国科学院上海硅酸盐研究所学术委员会主任，研究员，《无机材料学报》、《硅酸盐通报》和《Ceramics Internationals》主编。曾任中国科学院上海硅酸盐研究所所长、高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室主任、

关键词：中国科学院院士高温结构陶瓷材料无机化学材料科学家中国科学院上海硅酸盐研究所发展中国家开拓者实验室主任

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用有机硅聚合物制备高温结构陶瓷材料研究进展

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有机硅氟资讯 2002年第8期 32-32页

作者：彭志坚司文捷等清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

回顾了用有机硅聚合物制备陶瓷历史，综述了工艺及材料性能，其中碳化硅、氮化硅等纤维，碳化硅、氮化硅、二氧化硅等薄膜已进入实用阶段；重点介绍了在高温1400－2000℃下长期稳定存在的块体材料研究进展和趋势。

关键词：有机硅聚合物制备高温结构陶瓷材料研究进展前驱体

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计及温度及氧化作用影响的高温结构陶瓷材料力学性能研究

计及温度及氧化作用影响的高温结构陶瓷材料力学性能研究

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作者：周珊重庆科技学院

学位级别：硕士

高温结构陶瓷材料因具有较高的物理稳定性、耐磨性和耐腐蚀性等优良性能,被广泛应用于航空航天、军事装备、核工业及新能源等领域,且在使役过程中往往会遭受高温及氧化环境。这就对高温结构陶瓷材料的高温力学性能提出了严峻的挑战。合... 详细信息

高温结构陶瓷材料因具有较高的物理稳定性、耐磨性和耐腐蚀性等优良性能,被广泛应用于航空航天、军事装备、核工业及新能源等领域,且在使役过程中往往会遭受高温及氧化环境。这就对高温结构陶瓷材料的高温力学性能提出了严峻的挑战。合理表征及提高高温结构陶瓷材料的高温力学性能是材料科学和工程领域研究的重点。本论文主要针对高温结构陶瓷材料的重要的力学性能——断裂韧性及硬度开展了温度相关性理论及高温实验研究工作,建立了材料温度相关性断裂韧性及硬度理论表征模型。主要研究内容如下:(1)基于高温断裂力学理论、应力强度因子方法及Griffith能量平衡理论等,通过表征材料内部裂纹及表面裂纹等不同缺陷及其演化对不同温度下颗粒增强陶瓷基复合材料断裂强度与断裂韧性的影响,分别建立了含有内部临界缺陷与表面临界缺陷的颗粒增强陶瓷基复合材料温度相关性断裂韧性理论表征模型。所建模型考虑了温度、临界缺陷尺寸、晶粒尺寸及残余热应力等因素对材料断裂韧性的共同影响,且不含任何拟合参数。利用所建模型对具有不同临界缺陷的颗粒增强陶瓷基复合材料在高温及氧化环境下的断裂韧性进行了预测,并与实验结果进行了对比。结果显示模型预测的材料高温断裂韧性与实验结果吻合较好,大部分温度点的吻合率均可达89%以上,有的甚至能达到99.7%。基于模型预测值与实验值的对比结果,明确了材料内部颗粒簇、氧化层等微结构及其演化对材料在高温及氧化环境下断裂韧性的影响。此外,利用所建模型还系统研究了缺陷尺寸、增强颗粒体积分数及材料杨氏模量等对材料断裂韧性的影响及其随温度的演化规律。结果表明通过控制材料的临界缺陷尺寸、增加材料的杨氏模量和调整颗粒增强相的体积分数等可以达到提高材料高温断裂韧性的目的。本工作提出了一种合理预测材料断裂韧性、温度、材料微结构及其演化之间的定量关系的极为简易的理论表征方法,可为航天航空等领域的材料与结构的优化设计提供理论指导与潜在技术储备。(2)针对含有不同缺陷(内部缺陷和表面缺陷)的层状陶瓷基复合材料,在颗粒增强陶瓷基复合材料高温断裂韧性理论研究的基础上,进一步考虑层状结构及层间残余热应力的影响,建立了不含拟合参数的层状材料温度相关性断裂韧性理论表征模型。所建模型考虑了温度、层间残余热应力、临界缺陷尺寸、晶粒尺寸、层厚和层数等因素对层状材料断裂韧性的综合影响。利用所建模型预测了层状材料的高温断裂韧性,并与实验结果进行了对比。模型预测值与实验结果吻合较好,多数温度点的吻合率可达87.9%以上。此外,利用模型进一步分析了层状材料临界缺陷尺寸及层状结构参数等对材料断裂韧性的影响及其随温度的演化规律。研究结果表明,通过合理调控材料组分和结构来控制层状材料的临界缺陷尺寸、杨氏模量和层间残余热应力等,可以显著提高层状陶瓷基复合材料在不同温度下的断裂韧性。本工作为层状陶瓷基复合材料的结构设计和高温性能优化提供了理论基础和建议。(3)开展了温度及氧化作用等对高温结构陶瓷材料硬度的影响的理论与实验研究工作。以SiN陶瓷材料为例,开展了材料的高温氧化处理实验,并分别测试了未氧化和氧化的SiN材料在不同温度下的硬度。通过SEM图像等对材料孔洞簇、氧化层厚度、氧化层微结构及压痕形貌等进行了观察与定量分析。结果显示未氧化的材料在25℃、600℃和1000℃下的硬度分别为15.85 GPa,11.5 GPa和10.7 GPa,而氧化后的材料在25℃、600℃和1000℃下的硬度分别为16.85 GPa、14.2 GPa和12.58 GPa。未氧化和氧化后的SiN陶瓷材料硬度皆随温度升高而降低;在目标实验温度下氧化后材料的硬度均高于未氧化材料的硬度。基于力热能量密度等效原理及相关力学理论等,建立了高温结构陶瓷材料温度相关性硬度理论模型。通过进一步考虑高温氧化作用对材料热物理性能参数及对应材料屈服时的临界缺陷尺寸的影响,建立了可考虑高温氧化作用影响的高温结构陶瓷材料温度相关性硬度理论表征模型。利用建立的模型分别预测了未氧化和氧化后的材料在不同温度下的硬度,并与实验结果进行了对比。结果表明模型预测的材料在不同温度下的硬度与实验结果吻合较好,部分吻合率高达95.1%。基于理论预测值与实验测试值的对比结果,结合未氧化和氧化后的SiN陶瓷材料的微结构表征,明确了控制未氧化的SiN陶瓷材料在所研究温度范围内的硬度的主要机制为微结构中的最大的孔洞簇,而控制氧化后的SiN陶瓷材料在所研究温度范围内的硬度的主要因素为氧化层厚度。

关键词：高温结构陶瓷材料高温断裂韧性高温硬度理论表征模型氧化

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