包亦望, 孙熠, 旷峰华, 李月明, 万德田

高强度预应力陶瓷的发展与探索

包亦望1,2, 孙熠2, 旷峰华1, 李月明2, 万德田1,2

(1. 中国建筑材料科学研究总院 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024; 2. 景德镇陶瓷大学 材料科学与工程学院, 景德镇 333403)

同步提升陶瓷材料强度及损伤容限是陶瓷发展的核心问题。一百多年前预应力技术大幅提高混凝土和玻璃的弯曲强度, 并在世界上广泛应用以来, 预应力增强陶瓷材料的设计就成为一个百年梦想。本文总结了增强陶瓷的国内外研究进展, 并提出了全新的高强度高损伤容限复合陶瓷的预应力设计及模型, 通过优化表面预应力设计, 在陶瓷构件表面能够形成一层高度压缩应力, 从而阻止裂纹扩展, 并抵消外加拉应力, 达到提高陶瓷的强度及损伤容限的目的。这种预应力设计理论和规程可应用到结构陶瓷、建筑陶瓷和日用陶瓷等不同领域, 具有明显的通用性和广泛性, 且简单、经济, 不受构件尺寸和形状的限制, 因此极具应用前景。

预应力设计; 陶瓷; 高强度; 损伤容限; 综述

陶瓷材料的强度、损伤容限等性能直接影响陶瓷结构件的使用寿命和破坏失效概率。高性能结构陶瓷具有耐高温、耐腐蚀和耐磨损等优异性能, 但存在脆性大和可靠性差的致命弱点[1-3], 严重制约了陶瓷材料在航空航天、能源、机械和汽车等众多领域的发展, 如陶瓷钢、陶瓷发动机[4-5]等几十年前的设想至今仍难以实现。因此, 提高陶瓷构件的高强度、高损伤容限等力学性能是关系到国防安全和节能节源的重大问题, 对结构陶瓷的发展及应用尤为重要。……