複合材料
陶瓷基複合材料(ceramic-matrix composite)
陶瓷能耐可怕的高溫,卻像玻璃一樣碎裂。陶瓷基複合材料把陶瓷纖維(常是碳化矽或碳)嵌在陶瓷基材中,專門用來增加韌性,讓脆性材料改為優雅地開裂,而非爆裂。
訣竅在於刻意設計的弱纖維-基材界面。當裂縫穿過脆性基材撞上纖維時,不是直接切穿,而是被引導沿弱界面偏折;纖維接著跨橋於裂縫兩側並被拔出,吸收能量。這使斷裂韌性提高數倍(從約 3 至 5 進到約 15 至 30 MPa times sqrt(m) 的範圍),即使每種成分本身都脆。注意,這與多數複合材料想要強鍵結的設計目標恰恰相反。
CMC 讓引擎能比超合金允許的更熱、更輕地運轉:SiC/SiC 渦輪護罩與燃燒室內襯、碳-碳火箭噴嘴、太空梭鼻錐與煞車碟。它們極貴、製程慢、且仍遠比金屬脆,但能在金屬熔化或氧化的 1200 至 1500 degrees C 以上運作。
碳-碳(碳纖維嵌碳基材)用於重返大氣載具的前緣與一級方程式煞車碟:在灼熱時仍保有強度,而金屬早已軟化。
藉由讓裂縫偏折、纖維拔出,替脆性陶瓷增韌。
在 CMC 中你要的是弱界面,與多數複合材料相反,因為引導裂縫偏折、讓纖維拔出的增韌,只有在裂縫能脫黏並沿纖維滑動時才有效。強鍵結只會讓裂縫直接切穿,仍然很脆。
又称
另见