氮化硼纳米管增强氮化硅复合材料的裂纹扩展阻力行为

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。