1。3 铁铝系陶瓷复合材料的研究内容

1。3。1 Fe3Al / Al2O3 复合材料

氧化铝Al2O3 陶瓷是目前被广泛应用的陶瓷材料之一，但由于它的的韧性很低，所以大规模被应用受到了限制。目前围绕陶瓷增韧这一研究内容，很多学者研究发现了不同增韧机制，如弥散增韧、纤维与晶须增韧、应力诱导相变增韧、微裂纹增韧等[15-18]。最近几年来，研究学者们利用金属间化合物对陶瓷进行增韧取得了很大的成效[19-21]，而Fe3Al金属间化合物因为其具有长程有序的特殊结构，所以它的高温强度、高温蠕变、抗氧化、抗硫化和耐腐蚀等性能都很好，甚至其性能比大部分金属材料都优良，而且其韧性也优良于陶瓷材料，因此它被认为是一种新型高温结构材料，其性能介于高温合金与陶瓷之间[22]。Fe3Al金属间化合物跟氧化铝Al2O3陶瓷之间物理和化学的相容性很好[23]。好多研究者发现Fe3Al金属间化合物能提高氧化铝Al2O3陶瓷的韧性，Fe3Al金属间化合物和氧化铝Al2O3陶瓷复合材料制备备工艺如表1-1[22]。

表1-1 Al2O3陶瓷铁铝基复合材料制备工艺

序号 Al2O3 Fe3Al 烧结温度/度 保温时间/分钟

1 95 5 1560 30

2 90 10 1560 30

3 80 20 1560 30

1。3。2 Fe3Al/ZrO2 复合材料

ZrO2(2。5—3Y)陶瓷因其自身在室温中具有高的强度和韧性，所以被人们誉为陶瓷钢。由于陶瓷本身具有的脆性和随温度升高强度和韧性降低的特性，所以ZrO2陶瓷不能被广泛的应用。复合化是解决此同题的有效途径。近年来，利用Fe3Al、NiAl等金属间化合物对陶瓷进行增韧取得了较好的效果[24]。Fe3Al金属间化合物的高温强度、高温蠕变、抗氧化、抗硫化和耐腐蚀等性能都很好，甚至比大部分金属材料都优良，而且其韧性也优良于陶瓷材料，因此它被认为是一种新型高温结构材料，其性能介于高温合金与陶瓷之间。与ZrO2陶瓷相比较，Fe3Al金属间化合物具有较高的韧性、高热导率、相接近热膨胀系数和其自身特有的性能，在一定温度范围内，金属间化合物的强度随温度升高，因此在ZrO2陶瓷中加入Fe3Al金属间化合物不仅可以起到增韧效果，也可以提高ZrO2陶瓷的中低温抗热震性。除此之外，在一定程度上ZrO2陶瓷也可以提高Fe3Al金属间化合物的硬度和耐磨性，两者之间达到优势互补[25]。

1。3。3 Fe3Al/TiC复合材料

Fe3Al金属间化合物与TiC陶瓷组成的复合材料引起研究者的关注。陶瓷具有耐磨性、抗腐蚀性、高强度和脆性，而Fe3Al金属间化合物的高温强度、高温蠕变、抗氧化、抗硫化等性能好，两者组成的复合材料提高了TiC陶瓷的韧性，也提高Fe3Al金属间化合物的强度，从而具有优异的性能，Fe3Al/TiC复合材料比Ni/TiC和Co/WC等被广泛应用的硬质合金，具有更优异的性能，甚至是可以在更苛刻的腐蚀条件下应用[26]。

 复合材料的界面层有很重要的作用，它将载荷由基体传递到增强体或由增强体传递到基体[26]。黄孝瑛[27]指出，界面结构、界面结合方式、两相浸润性和非均质材料表面官能团、原子和分子的相互作用，都是研究复合材料界面的重要问题。因此，对复合材料界面结构的研究一直很受重视。程开甲[28-29]提出了改进的TFD模型，这一模型给出了凝聚态的电子边界条件，即原子相接触的表面上的电子密度必须是连续的，这是由连续性条件的量子波函数决定的。