氮化硼纳米管增强氮化硅复合材料的裂纹扩展阻力行为

摘要：

用氮化硼纳米管（BNNT）增强氮化硅（Si3N4）陶瓷制备了BNNT／Si3N4复合材料，利用三点弯曲强度及单边切口梁（SENB）法测定了BNNT／Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT／Si3N4复合材料微观形貌。基于BNNT增强Si3N4陶瓷复合材料的裂纹扩展阻力计算公式，构建了BNNT对Si3N4陶瓷裂纹屏蔽区的裂纹扩展阻力的数学模型。用该模型的计算结果与Si3N4陶瓷的裂纹扩展阻力进行了对比。结果表明：BNNT／Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si3N4陶瓷，说明BNNT对Si3N4陶瓷的裂纹扩展有阻力作用，摩擦拔出是Si3N4陶瓷抗裂纹扩展能力提高的主要原因；BNNT对Si3N4陶瓷有明显的升值阻力曲线行为。通过有限元模拟裂纹尖端应力分布，发现BNNT使Si3N4陶瓷裂纹尖端的最大应力转移到纳米管上，而且BNNT降低了Si3N4陶瓷裂纹尖端的应力，对Si3N4陶瓷尖端的裂纹有屏蔽作用，从而提高了Si3N4陶瓷的裂纹扩展阻力。

关键词：氮化硅陶瓷、氮化硼纳米管、复合材料、有限元、裂纹扩展阻力

所属期刊栏目：29

分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：山东省自然科学基金;高速铁路基础研究项目

在线出版日期：2013-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：152-158