第一篇：超高溫陶瓷復合材料的研究進展

超高溫導熱陶瓷復合型材料的研究進展

超高溫導熱陶瓷復合材料主要包括一些過渡族金屬的難熔硼化物、碳化物和氮化物，它們的熔點均在3000℃以上。在這些超高溫導熱陶瓷中，ZrB2和HfB2基超高溫導熱陶瓷復合材料具有較高的熱導率、適中的熱膨脹系數和良好的抗氧化燒蝕性能，可以在2000℃以上的氧化環境中實現長時間非燒蝕，是一種非常有前途的非燒蝕型超高溫防熱材料。

★超高溫導熱陶瓷復合材料的制備

超高溫導熱陶瓷復合材料的致密化主要有熱壓燒結（HP）、放電等離子燒結（SPS）、反應熱壓燒結((RHP)和無壓燒結（PS)。在這些制備方法中，熱壓燒結是目前超高溫導熱陶瓷復合材料最主要的燒結方法。

熱壓燒結

ZrB2和HfB2都是ALB2型的六方晶系結構，其強共價鍵、低晶界及體擴散速率的特征，導致該類材料需要在非常高的溫度下才能致密化，一般需要2100℃或更高的溫度和適中的壓力(20-30 MPa)或較低溫度（~1800℃)及極高壓力(> 800 MPa)。ZrB2和HfB2結構和性能相近，后者的熔點比前者高，需要更高的致密化溫度，同時具有更優異的高溫性能，而前者的密度和成本都比后者低，也是業內關注最多的。

放電等離子燒結

放電等離子燒結是在粉末顆粒間直接通人脈沖電流進行加熱燒結，具有升溫速度快、燒結時間短、組織結構可控等優點，該方法近年來用于超高溫導熱陶瓷復合材料的制備。產生的脈沖電流在粉體顆粒之間會發生放電，使其顆粒接觸部位溫度非常高，在燒結初期可以凈化顆粒的表面，同時產生各種顆粒表面缺陷，改善晶界的擴散和材料的傳質，從而促進致密化，相對于熱壓燒結超高溫導熱陶瓷復合材料而言，放電等離子燒結的溫度更低、獲得的晶粒尺寸更細小。

反應熱壓燒結

超高溫導熱陶瓷復合材料的合成及致密化可以通過原位反應在施加壓力或無壓的情況下一步合成，目前通常采用Zr, B4C和Si原位反應制備超高溫導熱陶瓷復合材料，通過原始材料比例的設計可以實現對合成材料組分及含量的調控。此外，Zr可以由ZrH2或ZrO2等代替，B4C可以由B/B2O3, C等代替，S1可由SiC代替，用于合成ZrB2基超高溫導熱陶瓷復合材料，HfB2基超高溫導熱陶瓷復合材料可以用同樣的方法制備。

無壓燒結

與熱壓燒結方法相比，無壓燒結可以實現復雜結構的近凈成型，從而可以降低材料/結構的制備成本。超高溫導熱陶瓷復合材料的無壓燒結目前主要有十粉冷等靜壓處理后燒結、注漿成型燒結和注凝成型燒結，由于在燒結過程中不施加壓力，超高溫導熱陶瓷復合材料很難致密，因此需要采用較高的燒結溫度或添加燒結助劑。

★超高溫導熱陶瓷復合材料力學性能

超高溫導熱陶瓷復合材料的室溫與高溫力學性能是該材料使用的關鍵指標。ZrB2和HfB2基超高溫導熱陶瓷復合材料彈性量和硬度與致密度密切相關，致密的超高溫導熱陶瓷復合材料彈性模量在500 GPa左右，硬度在20 GPa左右。超高溫導熱陶瓷復合材料的室溫彎曲強度與燒結后的材料晶粒尺寸密切相關，而晶粒尺寸又取決于初始粉體顆粒粒徑(包括基體和增強相)、增強相含量和燒結工藝參數。

★超高溫導熱陶瓷復合材料抗熱沖擊性能

超高溫導熱陶瓷復合材料是一種典型的脆性材料，在極端加熱環境下很容易發生熱沖擊失效，導致災難性破壞，因此改善其抗熱沖擊性尤為重要。★超高溫陶瓷復合材料抗氧化/燒蝕性能和熱響應

溫度是影響超高溫導熱陶瓷材料抗氧化燒蝕性能的最主要影響因素，ZrB2在700℃開始發生明顯的氧化，1100℃以下生成的氧化層具有良好的抗氧化性能，但溫度高于1200℃氧化生成B}03會因高蒸氣壓而大量揮發從而漸失抗氧化保護能力，而ZrO2揮發蒸氣壓非常低，在高溫下很穩定。★挑戰與展望

超高溫導熱陶瓷復合材料具有優異的高溫綜合性能，然而其較低的損傷容限和抗熱沖擊性能限制了該材料的工程應用，未來將通過微結構的設計和控制實現超高溫導熱陶瓷復合材料損傷容限和可靠性的大幅度提高，為超高溫導熱陶瓷材料的應用奠定基礎。

在諸多超高溫導熱陶瓷復合材料強韌化方法中，碳纖維增強增韌、纖維增強體結構與性能退化的抑制及多尺度增韌將是超高溫導熱陶瓷復合材料未來強韌化的主要研究方向。超高溫導熱陶瓷材料很難致密化，目前燒結機制尚不完全清楚，尤其是納米超高溫導熱陶瓷材料的燒結，未來需要深人研究超高溫導熱陶瓷材料低溫燒結和微結構的精確控制。

第二篇：超高溫陶瓷及其應用

超高溫陶瓷及其應用講座小結

超高溫陶瓷（UHTCs：Ultra High Temperature Ceramics）是指能在1800℃以上溫度下使用的陶瓷材料。這類陶瓷材料有望用于航天火箭的發動機部件，太空往返飛行器和高超音速運載工具的防熱系統，先進核能系統用抗輻照結構材料和惰性基體材料，以及金屬高溫熔煉和連鑄用的電極、坩堝和相關部件等。目前，針對超高溫陶瓷的主要研究內容包括：微結構調控與強韌化、抗氧化－耐燒蝕－抗熱震性能的提升、抗輻照性能的改善等。

超高溫陶瓷材料最早的研究從1960’s年代開始。當時在美國空軍的支持下，Manlab開始了超高溫陶瓷材料的研究，研究對象主要是ZrB2和HfB2及其復合材料。研發的80vol%HfB2-20vol%SiC復合材料能基本滿足高溫氧化環境下持續使用的需要，但采用的熱壓工藝對部件制備有很大的限制。到1990’s，NASA Ames 實驗室也開始了相關研究。與此同時，美國空軍從 1960’s年代開始進行尖銳前緣飛行器及其熱防護系統的分析和設計，經過三十多年的研究，取得了很大進展。Ames 實驗室及其合作伙伴開展了系統熱分析、材料研發和電弧加熱器測試等一系列研究工作，并于1990’s年代進行了兩次飛行實驗（SHARP-B1、SHARP-B2）。其中，SHARP-B2 的尖銳翼前緣根據熱環境的不同分為三部分，分別采用的是ZrB2 /SiC/C、ZrB2/SiC和HfB2/SiC材料，展示了基于二硼化鉿和二硼化鋯為主體的一類超高溫陶瓷材料作為大氣層中高超聲速飛行器熱防護系統材料的應用前景。2003年2 月1 日，美國航天飛機發生了“哥倫比亞”號的爆炸慘劇，為了保障未來的航天飛機具有更可靠的飛行安全性，美國航天宇航局（NASA）在“哥倫比亞”號失事后迅速啟動了相關的研究計劃，其中就包括研究新一代超高溫陶瓷，用于航天飛機的阻熱材料。研究計劃目的在于開發出熔點高于3000℃的超高溫陶瓷材料，主要是 ZrB2、HfB2以及它們的復合材料，作為航天飛機的新型阻熱材料。

從材料種類來看，超高溫陶瓷主要包括高熔點硼化物和碳化物。其中HfB2、ZrB2、HfC、ZrC、TaC等硼化物、碳化物超高溫陶瓷熔點都超過 3000℃，無相變，具有優良的熱化學穩定性和優異的物理性能，包括高彈性模量、高硬度、低飽和蒸汽壓、高熱導率和電導率、適中的熱膨脹率和良好抗熱震性能等，并能在高溫下保持很高的強度。成為超高溫陶瓷最具潛力的候選材料。硼化物陶瓷基復合材料，主要指HfB2、ZrB2為基體的陶瓷基復合材料，材料的脆性可以通過合理選擇原材料的組分、純度和顆粒度來克服。它們的共價鍵很強的特性決定了它們很難燒結和致密化。為了改善其燒結性，提高致密度，可通過提高反應物的表面能、提高材料的體擴散率、延遲材料的蒸發、加快物質的傳輸速率、促進顆粒的重排及提高傳質動力學來解決。單相ZrB2或HfB2在1200℃以下具有良好的抗氧化性，這是由于液態B2O3玻璃相的生成，起到了良好的抗氧化保護作用。在1200℃以上時，B2O3快速蒸發，從而降低了它作為一種擴散障礙的效用，ZrB2或HfB2將會發生快速氧化。加入SiC可以顯著提高它的抗氧化性能，在高溫時形成玻璃相的硅酸鹽來覆蓋材料的表層，在1600℃以下具有良好的保護作用。

碳化物陶瓷基復合材料，主要指碳化鉿（HfC）、碳化鋯（ZrC）和碳化鉭（TaC）為基體的陶瓷基復合材料，這三種物質的熔點較硼化物高，加熱過程中不會發生任何固相相變，具有較好的抗熱震性，在高溫下仍具有高強度。這類碳化物陶瓷的斷裂韌性和抗氧化性非常低，為了克服陶瓷的脆性，通常采用纖維來增強增韌。2000 年，NASA 對RCI公司生產的炭纖維增強HfC基復合材料效果最好，它完成所有的10min10次循環，3次循環質量1.30%，5次循環質量損失3.28%，10次循環質量損失10.33%；完成了 1h的持續加熱，質量損失1.12%。

超高溫陶瓷粉體的制備，原料純度和粒度對超高溫陶瓷材料的燒結性能和高溫性能有十分重要的影響。在制備過程中殘留的雜質或工藝過程加入的添加劑，能與超高溫陶瓷化合物形成低熔點產物，在很大程度上會對高溫性能產生不利影響。超細的陶瓷粉體可以提高其燒

結性能。因此，發展高純、超細的超高溫陶瓷粉體合成技術，是制備高性能超高溫陶瓷材料的基礎。

超高溫陶瓷致密化燒結通常采用放電等離子燒結，放電等離子體燒結技術是使可燒結性差的材料（例如 ZrB2、ZrC等）致密化的最有力手段之一。它比其它大多數傳統燒結方法用的燒結溫度低、時間短。

超高溫陶瓷材料由于具有潛在的高溫綜合性能優異的特點，是未來超高溫領域很有前途的材料，對其開展包括材料體系、粉體合成、燒結和應用等方面的基礎科學研究和科學技術研究，具有重要的科學意義和應用價值。

第三篇：陶瓷基復合材料的復合機理

陶瓷基復合材料的復合機理、制備、生產、應用及發展前景

1.陶瓷基復合材料的復合機理

陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結構陶瓷。這些先進陶瓷具有耐高溫、高強度和剛度、相對重量較輕、抗腐蝕等優異性能，其致命的弱點是具有脆性，處于應力狀態時，會產生裂紋，甚至斷裂導致材料失效。而采用高強度、高彈性的纖維與基體復合，則是提高陶瓷韌性和可靠性的一個有效的方法。纖維能阻止裂紋的擴展，從而得到有優良韌性的纖維增強陶瓷基復合材料。

1．1陶瓷基復合材料增強體

用于復合材料的增強體品種很多，根據復合材料的性能要求，主要分為以下幾種。

1.1．1纖維類增強體

纖維類增強體有連續長纖維和短纖維。連續長纖維的連續長度均超過數百。纖維性能有方向性，一般沿軸向均有很高的強度和彈性模量。連續纖維中又分為單絲和束絲，碳（石墨）纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維（燒結法制）、碳化硅纖維是以500~12000根直徑為5.6~14微米的細纖維組成束絲作為增強體使用。而硼纖維、碳化硅纖維是以直徑為95~140微米的單絲作為增強體使用。連續纖維制造成本高、性能高，主要用于高性能復合材料。短纖維連續長度一般幾十毫米，排列無方向性，一般采用生產成本低，生產效率高的噴射成型制造。其性能一般比長纖維低。增強體纖維主要包括無機纖維和有機纖維。

1.1.2顆粒類增強體

顆粒類增強體主要是一些具有高強度、高模量。耐熱、耐磨。耐高溫的陶瓷等無機非金屬顆粒，主要有碳化硅、氧化鋁、碳化鈦、石墨。細金剛石、高嶺土、滑石、碳酸鈣等。主要還有一些金屬和聚合物顆粒類增強體，后者主要有熱塑性樹脂粉末。

1.1.3晶須類增強體

晶須是在人工條件下制造出的細小單晶，一般呈棒狀，其直徑為0.2~1微米，長度為幾十微米，由于其具有細小組織結構，缺陷少，具有很高的強度和模量。

1.1.4金屬絲

用于復合材料的高強福、高模量金屬絲增強物主要有鈹絲、鋼絲、不銹鋼絲和鎢絲等，金屬絲一般用于金屬基復合材料和水泥基復合材料的增強，但前者比較多見。

1.1.5片狀物增強體

用于復合材料的片狀增強物主要是陶瓷薄片。將陶瓷薄片疊壓起來形成的陶瓷復合材料具有很高的韌性。

1.2陶瓷基的界面及強韌化理論

陶瓷基復合材料(CMC)具有高強度、高硬度、高彈性模量、熱化學穩定性

等優異性能，被認為是推重比10以上航空發動機的理想耐高溫結構材料。界面 作為陶瓷基復合材料重要的組成相，其細觀結構、力學性能和失效規律直接影 響到復合材料的整體力學性能，因此研究界面特性對陶瓷基復合材料力學性能 的影響具有重要的意義。

1.2.1界面的粘結形式

（1）機械結合（2）化學結合陶瓷基復合材料往往在高溫下制備，由于增強體與基體的原子擴散，在界面上更易形成固溶體和化合物。此時其界面是具有一定厚度的反應區，它與基體和增強體都能較好的結合，但通常是脆性的。

若增強體與基體在高溫時不發生反應，那么在冷卻下來時，陶瓷的收縮大于增強體，由此產生的徑向壓應力?與界面剪切應力??有關：? = ? ??，?為摩擦系數，一般取0.1~0.6。

1.2.2界面的作用

陶瓷基復合材料的界面一方面應強到足以傳遞軸向載荷并具有高的橫向強度；另一方面要弱到足以沿界面發生橫向裂紋及裂紋偏轉直到纖維的拔出。因此，陶瓷基復合材料界面要有一個最佳的界面強度。強的界面粘結往往導致脆性破壞，裂紋在復合材料的任一部位形成并迅速擴展至復合材料的橫截面，導致平面斷裂。這是由于纖維的彈性模量不是大大高于基體，因此在斷裂過程中，強界面結合不產生額外的能量消耗。若界面結合較弱，當基體中的裂紋擴展至纖維時，將導致界面脫粘，發生裂紋偏轉、裂紋搭橋、纖維斷裂以至于最后纖維拔出。所有這些過程都要吸收能量，從而提高復合材料的斷裂韌性。

2.復合材料的制備與生產

陶瓷基復合材料的制備工藝主要有以下幾部分組成：粉體制備、增強體（纖維、晶須）制備和預處理，成型和燒結。

2.1粉體制備

粉體的性能直接影響到陶瓷的性能，為了獲得性能優良的陶瓷基復合材料，制備出高純、超細、組分均勻分布和無團聚的粉體是很關鍵的。

陶瓷粉體的制備主要可分為機械制粉和化學制粉兩種。化學制粉可獲得性能優良的高純、超細、組分均勻的粉體，是一類很有前途的粉體制備方法。但是這類方法或需要較復雜的設備，或制備工藝要求嚴格，因而成本也較高。機械法制備多組分粉體工藝簡單、產量大，但得到的粉體組分分布不均勻，特別是當某種組分很少的時候，而且這種方法長會給粉體引入雜質。除此外，還可用物理法，即用蒸發-凝聚法。該方法是將金屬原料加熱到高溫，使之汽化，然后急冷，凝聚成分體，該法可制備出超細的金屬粉體。

2.2成型

有了良好的粉體，成型就成了獲得高性能陶瓷復合材料的關鍵。坯體在成型中形成的缺陷會在燒成后顯著的表現出來。一般成型后坯體的密度越高則燒成的收縮就越小，制品的尺寸精度越容易控制。陶瓷材料常用的成型方法有：

2.2.1模壓成型

模壓成型是將粉體填充到模具內部，通過單向或者雙向加壓，將粉料壓成所需形狀。

2.2.2等靜壓成型

一般等靜壓成型是指將粉料裝入橡膠或塑料等可變形的容器中，密封后放入液壓油或者水等流體介質中，加壓獲得所需坯體。

2.2.3熱壓鑄成型

熱壓鑄成型是將粉料與蠟（或其他有機高分子粘合劑）混合后，加熱使蠟（或其他有機高分子粘合劑）熔化，是混合料具有一定流動性，然后將混合料加壓注入模具，冷卻后即可得到致密較結實的坯體。

2.2.4擠壓成型

擠壓成型就是利用壓力把具有塑性的粉料通過模具擠出，模具的形狀就是成型坯體的形狀。

2.2.5軋模成型

軋模成型是將加入粘合劑的坯料放入相向滾動的壓輥之間，使物料不斷受到擠壓得到薄膜狀坯體的一種成型方法。

2.2.6注漿成型

注漿成型是基于多孔石膏模具能夠吸收水分的物理特性，將陶瓷粉料配成具有流動性的泥漿，然后注入多孔模具內（主要為石膏模），水分在被模具（石膏）吸入后便形成了具有一定厚度的均勻泥層，脫水干燥過程中同時形成具有一定強度的坯體。

2.2.7流延法成型

一種陶瓷制品的成型方法，首先把粉碎好的粉料與有機塑化劑溶液按適當配比混合制成具有一定黏度的料漿，料漿從容器同流下，被刮刀以一定厚度刮壓涂敷在專用基帶上，經干燥、固化后從上剝下成為生坯帶的薄膜，然后根據成品的尺寸和形狀需要對生坯帶作沖切、層合等加工處理，制成待燒結的毛坯成品。

2.2.8注射成型

陶瓷料粉與熱塑性樹脂等有機溶劑在注塑機加熱料筒中塑化后，由柱塞或往復螺桿注射到閉合模具的模腔中形成制品的加工方法。

2.2.9泥漿滲透法

泥漿滲透法是先將陶瓷基體坯料制成泥漿，然后在室溫使其滲入增強預制體，再干燥就得到所需的陶瓷基復合材料坯體。

2.3燒結

在高溫下（低于熔點），陶瓷生坯固體顆粒的相互鍵聯，晶粒長大，空隙(氣孔)和晶界漸趨減少，通過物質的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為具有某種顯微結構的致密多晶燒結體，這種現象稱為燒結。陶瓷基復合材料基體常見燒結方法有普通燒結、熱致密化方法、反應燒結、微波燒結和等離子燒結。

其中反應燒結是指粉末混合料中至少有兩種組分相互發生反應的燒結。微波燒結是一種材料燒結工藝的新方法，它具有升溫速度快、能源利用率高、加熱效率高和安全衛生無污染等特點，并能提高產品的均勻性和成品率，改善被燒結材料的微觀結構和性能，近年來已經成為材料燒結領域里新的研究熱點。

2.4陶瓷基復合材料特殊的新型制備工藝

2.4.1熔體滲透

熔體滲透是指將復合材料基體加熱到高溫使其熔化成熔體，然后滲入增強物的預制體中，再冷卻就得到所需的復合材料。

2.4.2化學氣相滲透（CVI）

化學氣相滲透（CVI）制備陶瓷基復合材料是將含揮發性金屬化合物的氣體在高溫反應形成陶瓷固體沉積在增強劑預制體的空隙中，使預制體逐漸致密而形成陶瓷基復合材料。

2.4.3由有機聚合物合成由有機聚合物可以合成SiC、Si3N4，并可作為基體制備陶瓷基復合材料。通常是將增強

體材料和陶瓷粉末與有機聚合物混合，然后進行成型燒結。

3陶瓷基復合材料的應用

陶瓷基復合材料具有較高的比強度和比模量，韌性好，在要求質量輕的空間及高速切削的應用很有前景。

在軍事上和空間應用上陶瓷基復合材料可做導彈的雷達罩，重返空間飛行器的天線窗和鼻錐，裝甲，發動機零部件，專用燃燒爐內襯，軸承和噴嘴等。石英纖維增強二氧化硅，碳化硅增強二氧化硅，碳化鉭增強石墨，碳化硼增強石墨，碳，碳化硅或氧化鋁纖維增強玻璃等可用于上與上述目的。

陶瓷基復合材料耐蝕性優越，生物相容性好，可用作生體材料，也可用作制作內燃機零部件。陶瓷件復合材料可做切削道具，如碳化硅晶須增強氧化鋁刀具切削鎳基合金，鑄鐵和鋼的零件，不但使用壽命增加，而且進刀量和切削速度都可大大提高。

5陶瓷基復合材料現狀與發展前景

復合材料所面臨的問題是：怎樣把不同的材料有效地結合起來使某些性能得到加強，同時又把成本控制在市場可接受的范圍。目前，只有少數CMC達到實際應用的水平，大多數尚處于實驗室研究階段，但從其具有的優異性能和研究狀況來看，CMC有著非常廣闊的應用前景。因而，對CMC的未來發展趨勢作一預測是非常有必要和有意義的。

5.1為了保證陶瓷基復合材料性能的可靠，除了從工藝上盡量保證陶瓷基復合材料的均一性及完整性之外，對材料性能的準確評價也是一個很重要的問題。因此，無損探傷是一項急待開展的工作。

5.2由宏觀復合形式向微觀復合形式發展。目前應用最多的是纖維、晶須補強復合材料

補強劑尺寸較大屬于宏觀復合。所謂微觀復合就是均質材料在加工過程中內部析出補強劑，（晶體）與剩余基體構成的原位復合材料或用納米級補強劑補強的納米復合材料。

5.3由結構復合向結構功能一體化方向發展。到目前為止，研究的陶瓷基復合材料基本上是結構復合型材料。將逐步向結構功能一體化方向發展，也就是復合材料既能滿足力學性能的要求，同時還具有其他物理、化學和電學性能。

5.4從一元補強、雙元混雜復合向多元混雜方向發展。用纖維、晶須或顆粒補強劑的陶瓷復合材料已經取得良好的效果，同時二種補強劑雙元混雜的復合材料也取得了一定進展，將會向多元混雜的方向發展。比如在混雜的纖維補強劑中還可以加入顆粒填料二種以上的納米顆粒同時彌散的復合材料，多元混雜有可能制備出超強度、超韌性的高性能陶瓷材料。

5.5由復合材料的常規設計向電子計算機輔助設計發展

參考文獻

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第四篇：生物活性陶瓷涂層材料的制備及研究進展

表面生物活性陶瓷的制備及研究

姓名：彭博

學號：20130512225

班級：材料化學

摘要：簡單介紹表面生物活性陶瓷的種類以及制備表面生物活性陶瓷的主要方法：等離子噴涂、溶膠-凝膠法、電沉積和激光熔覆等，并且介紹了各個方法對表面生物陶瓷的工藝參數、界面結合等因素進行分析，最后展望表面生物陶瓷材料的發展前景，并提出了表面生物陶瓷材料今后的研究方向。

關鍵詞：表面生物活性陶瓷材料；制備方法；研究進展

前言：生物材料包括金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及其復合材料等。金屬材料具有抗壓和抗拉強度高、抗沖擊性和延展性好、加工成形性好和質量波動小及可靠性高等優點。生物陶瓷材料作為無機生物醫學材料，沒有毒副作用，與生物體組織有良好的生物相容性，且具有耐腐蝕等優點。表面生物陶瓷材料（又稱表面生物陶瓷材料）按照功能分為惰性表面生物陶瓷材料和表面生物活性陶瓷材料。表面惰性生物陶瓷材料是指在植入生物體后不與生物體發生相互作用的材料。在生物環境中能保持穩定，不發生或僅發生微弱化學反應的生物醫學材料，包括氧化鋁、氧化鋯和氮化硅等，涂覆表面惰性生物陶瓷的植入體植入生物體后，涂層與生物機體組織不發生反應，機體不產生排異現象，在植入體與生物體之間形成一定厚度的纖維組織。同時機體組織生長到植入體表面，形成機械式固定結合。表面生物活性陶瓷材料是指在植入生物體的過程中，能夠與生物體骨細胞和組織發生相互作用，逐漸轉變成天然的股材料。它具有與生物體組織很好的生物相容性，其中最典型的為羥基磷灰石表面涂層材料和鈣硅酸鹽表面涂層材料。生物惰性材料不能與骨組織產生化學結合，只能被纖維結締組織所包圍，其與骨組織的結合和對骨組織的生長的促進都不理想，有的材料還可能溶出一些對生物體有一定毒性的元素。19世紀70年代，科學家開始將生物活性材料用于人工骨材料[1]，其中應用最廣泛的是羥基磷灰石生物活性陶瓷，它是人體硬組織中主要的無極成分，與生物組織有良好的生物相容性，并能與骨組織形成骨性結合。與表面生物惰性材料形成鮮明的對比，更加說明了生物活性陶瓷的特性及研究意義。本文主要介紹表面生物活性陶瓷的種類、性能遺跡等離子噴涂、溶膠-凝膠法、電沉積及激光熔覆等主要制備方法[2]。

一、表面生物活性陶瓷的種類

【1.1】羥基磷灰石材料

人體骨中主要成分是M10(RO4)6(OH)2,其中M主要成分為Ca，R的主要成分為P，其結晶結構完整且為細長針狀結構。羥基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]（簡稱HA）屬流放晶系，其與人體骨中的無機物結構相同，植入人體后無毒、無體外排異反應，具有良好的生物活性和生物相容性[3]，是理想的人體骨替代材料。

關于HA涂層制備過程中的物理化學變化，目前亦取得一些顯著成果。例如，等離子噴涂制備羥基磷灰石涂層過程中，羥基磷灰石粉料被高溫等離子體(火焰溫度高達100000K)加熱并熔化，部分羥基磷灰石分解為Ca10(PO4)6O、α-磷酸三鈣[α-Ca3(PO4)2]、β-磷酸三鈣[β-Ca3(PO4)2]、磷酸四鈣(Ca4P2O9)、CaO遺跡無定形相。

【1.2】鈣硅酸鹽材料

自1969年L LHench發現某些組成的玻璃能同骨骼形成化學鍵合以來，生物活性玻璃和α-W玻璃陶瓷已被廣泛地應用于骨組織的修復和重建。發現在模擬體液中，CaO-SiO2基玻璃表面能形成骨磷灰石層，而CaO-P2O5基玻璃表面沒有骨磷灰石生成，意味著CaO和SiO2成分是生物活性玻璃在體內與骨發生化學鍵合的主要原因。硅灰石的化學分子式為CaSiO3，其理論組成為48.3％CaO和51.7％SiO2。因此，硅灰石在體液中也應具有生物活性，并能誘導骨磷灰石在其表面形成。PSiihorpannnn等[4]發現在模擬體液中CaSiO3陶瓷表面骨磷灰石的形成速度比其他生物玻璃和玻璃陶瓷更快。Liu X Y等[5]采用等離子火焰球化商用硅灰石粉末(d為10~100μm)，以TiC4合金作為基體材料，制備了硅灰石涂層。硅灰石涂層在TiC4基體上的拉伸結合強度為42.8MPa。

二、制備表面生物活性陶瓷的方法

【2.1】等離子體噴涂技術

等離子噴涂法[6]是迄今為止研究最為廣泛的制備表面生物陶瓷的方法。該技術利用等離子槍產生等離子流將生物陶瓷粉料高溫加熱熔融或接近熔融狀態，高速噴至金屬基體表面形成涂層。它能在基體與涂層之間提供很高的結合力，并能獲得覆蓋完整的涂層40~54μm。但由于等離子噴涂制備陶瓷涂層的過程中等弧θ高達1000°C以上，所以冷卻時金屬基體與涂層的界面存在很高的殘余熱應力和缺陷的集中，使得材料的破壞通常發生在界面處，不利于涂層的穩定且涂層與基體界面主要是機械咬合，結合強度也相應受到制約。另外等離子噴涂涂層與金屬基體間物理性能差別較大，在界面處會產生較大的內應力，從而降低了涂層與基體的結合強度。Yang[7]等采用等離子體噴涂技術在Ti和CoCrMo合金上制備了高強度的ZrO2涂層。研究表明：在鈦合金基體上3％Y2O3，穩定的ZrO2涂層結合強度為32MPa，而4％GeO2穩定的ZrO2涂層結合強度可達68MPa，這是因為4％GeO2穩定的ZrO2涂層中四方相ZrO2粒徑較小，涂層的穩定性較好。Lu[8-11]等利用后處理技術對等離子體噴涂納米TiO2涂層進行生物活化處理，獲得了既具有良好生物活性和生物相容性，又與鈦合金基體結合良好的TiO2涂層。

近年來發展了在鋁合金表面等離子噴涂生物活性梯度涂層的研究，在基體與羥基磷灰石之間形成一個化學組成梯度變化的過渡區域，大大降低了界面處的應力，提高了界面結合強度。Lu等[12-15]采用等離子體噴涂技術，成功制備了硅灰石和硅酸二涂層，另外對透輝石涂層也進行初步探查，并對這些涂層材料的生物活性和生物相容性進行了探討，說明利用等離子體噴涂的硅灰石涂層、硅酸二鈣涂層和透輝石涂層都具有良好的生物活性和生物相容性。

【2.2】激光熔覆法

激光熔覆技術已成為制備各種功能涂層材料的有效手段之一，其最顯著的特點就是涂層與基體之間能形成牢固的冶金結合，且熔覆層成分和稀釋度可控。界面作為金屬基生物活性陶瓷涂層極為重要的組成部分，其結構和性能對涂層穩定性及壽命起著決定性作用。因此，研究金屬基生物活性陶瓷涂層界面的組織結構、結合機制及殘余應力分布對獲得高性能涂層尤為重要[16]。鄭敏等[16]對熔覆層和界面的顯微組織、相組成及成分等進行了研究，并重點分析激光熔覆生物陶瓷復合涂層的界面形貌、結合狀態及殘余應力分布。鄧遲等[17]用X-射線衍射和能譜分析方法檢測了表面生物陶瓷和涂層與界面的物相及成分分布，結果顯示涂層內和涂層與基材間出現了新相，這表明其中發生了復雜的化學冶金反應，適當的激光熔覆工藝、涂層及基體的物性三者確定了化學冶金反應發生。在這些條件作用下，涂層內合成了具有生物活性的鈣．磷陶瓷，形成了牢固的界面。高家誠等[18]先用高能激光束輻射預置于鈦表面的陶瓷粉末，在金屬表面原位合成生物陶瓷成分，再用X-射線衍射表征了涂層材料，測定了涂層與界面的結合強度。結果表明：獲得的涂層的成分為生物陶瓷成分，其中的主要成分為羥基磷灰石(HA)，涂層與基材獲得的界面強度達到42．96MPa，界面有較好的改善。張亞平[19]等在經過渡層預處理的TC 鋁合金表面上預置設定配比的CaHPO4、CaCO3混合粉末，比較少量Y2O3粉末對合成與涂硯表面生物陶瓷的影響。經優化激光工藝處理后，成功地實現一步激光束合成與涂硯表面生物陶瓷。該涂層具有優良的力學性能，且改善了植人材料彈性模量與生物硬組織的匹配性。Y2O3，對表面生物陶瓷的合成及性能改善均有重要作用。王勇等[20]測試了激光熔覆表面生物陶瓷與基體的結合強度、涂層抗彎、抗拉和抗壓強度，并計算了彈性模量。結果表明，稀土能夠提高涂層與基體的結合強度、抗彎及抗拉強度，但降低了涂層的抗壓強度。稀土在激光熔覆條件下充分擴散傳質彌散分布于涂層熔池內，分散的稀土顆粒促進晶體形核和成長，細化晶粒，強化涂層。激光熔覆涂層復合材料能滿足生理條件下的強度要求。激光是一種能量高度集中的能源，利用激光束對材料表面的局部區域進行加熱、熔化，進行激光熔覆原位合成與涂覆羥基磷灰石(HA)等生物陶瓷的方法，由于合成生物陶瓷成分效率高，工藝新穎，操作方便而引起同行的關注。

【2.3】燃燒合成法

燃燒合成是一種制備生物涂層的新工藝，具有較大的優點[21]：燃燒溫度高，反應速度快，工藝簡單，設備要求低，生產率高，不受基體形狀和大小的限制，可在復雜表面合成厚度均勻的陶瓷涂層等。國外已有報道采用溶液燃燒合成制備生物陶瓷粉末。在此基礎上，擬開發溶液燃燒合成制備表面生物陶瓷的工藝[22]。劉詠等[23]采用然燒合成-水熱法制備了表面生物陶瓷，用X-射線衍射、掃描電鏡和粘接拉伸法分析了涂層物相組成形貌和涂層與基體的界面結合弧度。水熱處理2h后，涂層中HA含量增加，延長水熱處理時間，得到純HA涂層，涂層δ為20μm。

【2.4】電沉積一水熱合成法

Shirkhanzadeh等[24]首先報道了用電沉積法制備磷酸鈣涂層的工藝：電沉積一水熱合成法是一種低溫下在含Ca2+和H2PO4-溶液中沉積磷酸鈣涂層隨后水熱處理獲取純HA涂層的工藝，具有設備投資少、生產費用低、操作簡單、原材料利用率高、工藝連續性好及易于實現自動化生產的優點。采用電沉積．水熱合成法和高溫鍛燒相結合的方法，制備了表面生物陶瓷。劉芳等[25]研究了涂層與基體間過渡層的物相組成和界面結合強度。用X-射線衍射、掃描電鏡和粘接拉伸法進行分析。研究結果表明：水熱合成后，界面結合強度較低，為7.04MPa。在空氣中煅燒，700°C以下時，界面出現極薄TiO2

層，同時隨著煅燒溫度的升高，界面結合強度提高。黃伯云等[26]評述了電沉積一水熱合成法制備在羥基磷灰石表面生物陶瓷的相形成機理、工藝進展和工藝特點，并對有關問題進行了探討。結果表明，采用電沉積．水熱合成法制備羥基磷灰石表面生物陶瓷最大的缺點是涂層與基體結合力較低。今后，將在可控制涂層孔隙度梯度變化的基礎上，著手研究涂層化學組分的梯度變化，降低涂層與基體問熱膨脹系數等物理特性的差別，減少涂層材料中殘余熱應力和殘余熱應變，促進界面化學冶金結合，提高涂層與基體的結合強度。

【2.5】電泳沉積法

用電泳方法制備的表面生物陶瓷，基底和涂層界面不存在熱應力，有利于增強基底和涂層的結合強度，而且電泳過程是非直線過程，可以在形狀復雜和表面多孔的基底上制備出均勻的涂層，涂層再經過真空燒結等技術可以進一步提高HA與基底的結合強度。郭軍松等[27]用異丙醇作為分散介質，對電泳沉積羥基磷灰石表面生物陶瓷進行了系統研究。經過制備穩定的懸浮液、電泳沉積及高溫燒結等過程，在Ti6A14V合金上得到表面均勻的羥基磷灰石表面生物陶瓷。用X-射線衍射和掃描電鏡等對羥基磷灰石顆粒的物相和沉積層的表面進行了表征。研究了電泳時間與電泳沉積量和電流密度、電泳沉積量與電泳電壓之間的相互關系，并討論了這些參數對電泳沉積過程的影響。并通過電泳沉積得到HA沉積層，沉積層在高溫條件下燒結，制得羥基磷灰石表面生物陶瓷。同時，運用電容充電的模型，定性地解釋了電泳沉積過程中質量、時間、電壓及電流之間的關系曲線。

三、展望

表面生物陶瓷是綜合運用材料科學和生命科學原理進行研制的一種新型陶瓷涂層材料。生物材料必須具備的特性是無毒性、無致癌作用，無變態反應，對周圍生物組織無刺激和不引起其他故障作用在生物機體內材料的物理、化學性能穩定，經長期使用不會發生變質和力學性能降低的現象與生物組織親和性好容易進行殺菌、消毒等。表面生物陶瓷的種類從生物惰性涂層材料發展到生物活性涂層材料、降解材料及多相復合材料。表面生物陶瓷材料可分為惰性表面生物陶瓷、活性表面生物陶瓷、降解表面生物陶瓷和復合表面生物陶瓷。目前，生物涂層材料的研究已經進入了攻堅階段，而如何提高材料的界面結合強度又能夠保證涂層的穩定性和生物活性則是研究的核心內容。隨著各種制備方法的不斷出現和改進，以及對其機理的深入研究，將會對生物涂層材料的研究提供強大的工具。從基于仿生原理出發，制備類似于自然組織的組成、結構和性質的理想生物材料，應該是生物材料的一個新的發展方向。參考文獻

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第五篇：石墨烯強韌陶瓷基復合材料研究進展

石墨烯強韌陶瓷基復合材料研究進展

趙琰 建筑工程學院

摘要：石墨烯具有優異的力學性能，可作為強韌相引入陶瓷材料中，解決陶瓷材料的脆性問題。本文綜述了石墨烯強韌的陶瓷基復合材料的研究進展。在介紹石墨烯力學性能的基礎上，著重闡述了石墨烯/陶瓷基復合材料的材料體系、制備方法、強韌化效果和強韌化機理，討論了實現石墨烯對陶瓷材料強韌化的關鍵問題，并對未來石墨烯強韌陶瓷基復合材料的研究工作進行了展望。關鍵詞：石墨烯；陶瓷；強韌 1.引言

二十世紀八十年代以來，納米材料與技術得到了極大的發展，而納米碳材料也是從這一時期開始進入歷史舞臺。1985年，由60個碳原子構成的“足球”分子C60被三位英美科學家Curl、Smalley和Kroto發現，隨后C70、C86等大分子相繼出現，為碳家族添加了一大類新成員富勒烯(Fullerene)。1991年，日本電鏡專家Iijima發現了由石墨層片卷曲而成的一維管狀納米結構—碳納米管(CNTs)，其性能奇特，應用前景廣闊，現已成為一維納米材料的典型代表[1]。2004年，英國科學家Andre Geim和Konstantin Novoselov發現了碳材料“家譜”中的一位新成員—石墨烯(Graphene)，石墨烯僅由一個原子層厚的單層石墨片構成，是一種二維納米材料。作為碳的二維晶體結構，石墨烯的出現最終將碳的同素異形體勾勒為一副點、線、面、體(從零維到三維)相結合的完美畫面，如圖1所示[2,3]。縱觀近三十年的納米材料與技術的發展史，我們可以看到，每一種新的納米碳材料的發現都極大的推動了納米材料與技術的發展。2.石墨烯的結構和力學性能

石墨烯是由sp2雜化的碳原子緊密排列而成的蜂窩狀晶體結構，厚度約0.35 nm，僅為一個原子的尺寸。石墨烯是碳材料的基本組成單元，石墨烯可以包裹形成零維的富勒烯，可以卷曲形成一維的碳納米管，還可以堆積成為三維的石墨，通過二維的石墨烯可以構建所有其他維度的碳材料[4]。同單壁、多壁碳納米管之間的關系類似，除了嚴格意義上的石墨烯(單層)外，少數層的石墨層片在結構和性質上明顯區別與塊體石墨，在廣義上也被歸為石墨烯的范疇[3]。

圖1 碳的同素異形體

[2]

石墨烯在熱學、電學、力學等方面均具有優異的性能，其室溫下的熱導率約為3000-5000 Wm-1K-1，電子遷移率可達10000-20000 cm2V-1s-1[5,6]，理論和實驗研究均表明石墨烯是目前已知的材料中強度和硬度最高的晶體結構[7-13]。利用原子力顯微鏡(AFM)和納米壓痕技術可以測量石墨烯的力學性能，如圖2所示，不同研究者的測試結果列于表1。從表1可以看出，機械剝離法制備的石墨烯力學性能較好，其楊氏模量可達1 TPa，強度可達130 GPa，而化學剝離法制備的石墨烯，由于其表面存在缺陷和含氧官能團，力學性能受到一定影響。石墨烯優異的性能，使其可作為復合材料中的添加相，實現材料的功能化和結構化。

圖2 懸浮的石墨烯膜，(a)跨越圓形孔陣列的石墨烯薄片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，(b)石墨烯膜的非接觸式AFM圖，(c)懸浮的石墨烯薄片的納米壓痕示意圖，(d)斷裂膜的AFM圖

[13]

表1 石墨烯力學性能的實驗測試結果

研究者

研究機構

測試結果

機械剝離法制備的單層石墨烯的楊C Lee, X Wei, J W

Columbia University(USA)氏模量為1.0 ± 0.1 TPa，強度為130 ±

Kysar等 GPa[13]

Max-Planck-Institut für C Gómez-Navarro, M

Festk?rperforschung Burghard, K Kern

(Germany)

化學還原法制備的單層石墨烯的彈

性模量為0.25 ± 0.15 TPa[12]

M Poot, H S J van der Zant

Delft University of Technology(Netherlands)

當石墨層數在八層以下時，力學性能

依賴于石墨烯的層數[11]

3.石墨烯在陶瓷材料中的應用

陶瓷材料具有高熔點、高硬度、高耐磨性、高化學穩定性等優點，但是脆性是其致命的缺點，限制了陶瓷材料的應用范圍，因此，陶瓷材料的強韌化一直是材料學家長期關注的問題。目前，陶瓷材料的強韌方法包括：ZrO2相變增韌、纖維增韌、晶須增韌、顆粒增韌等[14]。

隨著石墨烯制備、化學修飾和分散技術的成熟，近年來基于石墨烯的復合材料研究進展很快[15-37]。基于石墨烯優異的力學性能，將其作為強韌相引入陶瓷材料的研究也已展開。

表2 石墨烯/陶瓷基復合材料力學性能的研究結果

強韌相

基體

制備方法

氧化石墨烯與Al2O3機械混

Al2O3

合，用一水肼還原，放電等

離子燒結(SPS)十二烷基硫酸鈉(SDS)作為Graphene Nanosheet

Al2O3

分散劑，超聲混合，高頻感

應加熱燒結(HFIHS)

添加0.5 wt%，斷裂韌

性提高72 %[29] 實驗結果

Graphene Nanosheet

添加2 wt%，斷裂韌性

提高53 %[28]

添加3 wt%，斷裂韌性Graphene Few-layer Graphene Graphene Platelet

Al2O3 ZrO2-toughened Al2O3(ZTA)Graphene

ZrO2

球磨混合，HFIHS 十六烷基三甲基溴化銨

添加1.5 vol%，斷裂韌Graphene Platelet

Si3N4

(CTAB)作為分散劑，超聲結合球磨混合，SPS Multilayer Graphene;

添加1 wt% Multilayer Exfoliated Graphene Nanoplatelet;Nano Graphene Platelet

熱壓燒結，添加0.2 wt%，彎曲強度提高

N-甲基吡咯烷酮(NMP)作Graphene Platelet

Si3N4

為溶劑，超聲結合球磨混合，熱壓燒結和無壓燒結 %，斷裂韌性提高10 %；無壓燒結，添加2 wt%，彎曲強度提高147 %，斷裂韌性提

高30 %[36]

Graphite Nanosheet 羥基磷灰石

超聲混合，SPS

(HA)

添加0.5 wt%，彎曲強

度提高12 %[37]

Si3N4

聚乙二醇作為分散劑，高能

Graphene，斷裂韌性提

球磨，熱等靜壓燒結

高43 %[35] 性提高235 %[34]

Al2O3

球磨混合，HFIHS 氧化石墨烯與Al2O3膠體滴

定混合，SPS

添加0.81 vol%，斷裂

球磨混合，SPS

韌性提高40 %[32] 添加3 wt%，斷裂韌性

提高367 %[33] 提高22 %[30] 硬度稍有降低[31]

表2列出了不同研究者制備的石墨烯/陶瓷基復合材料力學性能的研究結果。從表2可以看出，石墨烯在不同的陶瓷基體中(Al2O3、ZTA、ZrO2、Si3N4、HA)均可達到明顯的補強增韌的效果，增韌方面的效果尤其突出，其強韌化機制主要包括裂紋的偏轉、分支，石墨烯的橋聯、斷裂、拔出等，如圖3和圖4所示。

值得注意的是，與納米顆粒的團聚或納米纖維之間的糾纏不同，石墨烯材料，特別是化學還原法制備的石墨烯，因其平面形貌和層間相互作用，很容易發生層狀堆積。由于制備技術的限制和石墨烯本身容易團聚的特點，目前作為陶瓷材料強韌相研究的石墨烯材料并不是嚴格意義上的單層石墨烯，通常為多層的石墨烯，當其厚度方向達到幾個納米時，可稱其為石墨烯納米片。雖然隨著石墨層數的增加，石墨烯中存在缺陷的可能將增加，這將導致其力學性能有所降低，但是石墨烯作為陶瓷材料的強韌相，由于其獨特的二維結構和巨大的接觸面積，依然可以顯著提高陶瓷材料的力學性能，因此圍繞石墨烯和石墨烯納米片展開的陶瓷基復合材料的研究是十分必要的。

圖3 石墨烯納米片/ 氮化硅納米復合材料中的韌化機制，(a)顯微硬度測試預制裂紋(插圖)，對于裂紋的進一步觀察發現在幾處位置有石墨烯納米片對裂紋的橋聯，其中的兩處展示在高分辨率的SEM圖片上，(b)對裂紋的進一步觀察發現裂紋曲折的擴展路徑，(c)材料的斷口形

貌揭示了復合材料中存在三維增韌機制[34]

圖4(a-c)不同Al2O3/GNS納米復合材料斷口的高分辨SEM圖片；(a)Al2O3/0.25GNS納米復合材料觀察到短的GNS拔出和其與Al2O3基體的結合；(b)Al2O3/0.5GNS納米復合材料觀察到相對大尺寸的GNS拔出和分離的石墨烯層片(小的白色箭頭)；(c)一個多層石墨烯結構和GNS的拔出；(d)GNS拔出增韌機制和相鄰GNS層片滑移現象的示意圖；(e,f)外力作用下晶

格中的原子經歷滑移運動的示意圖[29]

在陶瓷基體中實現石墨烯的強韌作用主要取決于兩個關鍵因素，一是石墨烯的分散，二是基體與石墨烯之間的界面結合。

強韌相在基體中的分布狀態對于復合材料的力學性能至關重要，石墨烯由于其平面形貌和層間相互作用，很容易發生層狀堆積，因此石墨烯的有效分散對于復合材料力學性能的提高顯得尤為重要，眾多研究者在此方面進行了大量的研究。研究結果表明，采用不同的溶劑、添加表面活性劑或對石墨烯進行化學修飾等方法有利于提高石墨烯的分散性[38-41]。石墨烯在有機介質中的分散效果較好，如NMP；選用無機介質作為溶劑，通常需要添加分散劑，如陰離子表面活性劑SDS、陽離子表面活性劑CTAB、非離子型表面活性劑聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮等。為了獲得良好的分散效果，石墨烯和基體材料可采用球磨、超聲分散、膠體滴定等一種或多種方式依次使用的方法進行混合。與石墨烯相比，氧化石墨烯表面官能團較多，分散性較好，將氧化石墨烯與陶瓷基體混合，然后用還原劑進行還原，如一水肼、氫氣等，可得到分散效果良好的石墨烯/陶瓷基體的混合粉體。需要注意的是，除了采用多種方法得到分散良好的石墨烯/陶瓷基體的混合漿體，還應注意分散后料漿的干燥方法，避免干燥過程中石墨烯的二次團聚。

為提高石墨烯與基體的界面結合強度，有利于載荷在界面間的傳遞，可對石墨烯進行物理或化學的表面修飾和改性。需要注意的是，雖然對石墨烯進行表面修飾有利于其分散和提高界面結合強度，但是由于化學修飾引入的缺陷對石墨烯面內力學性能的降低在復合材料的設計中也應加以考慮。同時，當石墨烯與基體的界面結合強度過高時，不利于石墨烯撥出增韌機制的發揮，因此對復合材料界面結合強度的控制至關重要，然而目前對于這方面的研究報道還很少。

對于陶瓷基材料，燒結過程對力學性能的影響很大。采用先進的燒結方法，如熱壓燒結、熱等靜壓燒結、SPS、HFIHS，可以降低燒結溫度、縮短保溫時間、有效保護石墨烯的二維結構，獲得致密度高、晶粒尺寸均勻細小的復合材料，有利于力學性能的提高。4.結論與展望

石墨烯具有優異的力學性能，同時其獨特的二維結構和巨大的接觸面積，使其在陶瓷材料中具有明顯的補強增韌的效果。石墨烯對陶瓷材料強韌作用的實現，關鍵在于石墨烯的有效分散和基體與石墨烯之間適宜的界面結合，這將是今后研究中需要重點解決的問題。通過表面改性達到石墨烯的有效分散同時控制其與陶瓷基體的界面結合狀態，可實現陶瓷材料補強增韌的可控制備，有利于擴展陶瓷材料的使用范圍。

本論文得到國家自然科學基金(81171463)、山東省高校科技計劃(J14LA59)、淄博市科技發展計劃(2014kj010079)資助。

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