石墨烯增韧陶瓷砖,石墨烯对陶瓷材料的增韧机理

    简单来讲，石墨烯增韧氧化锆陶瓷要点为：石墨烯能包裹着氧化锆晶粒，抑制氧化锆的聚晶长大，石墨烯的添加后，氧化锆中会出现四方相向单斜相的转变，产生微裂纹抑制主裂纹的扩展，达到增韧的效果。石墨烯会连接着氧化锆不同的区域，使氧化锆更加致密，使石墨烯的拔出需要消耗更多的能量，从而来达到增强增韧的效果。

    2、石墨烯增韧硼化物陶瓷

    石墨烯引入硼化物陶瓷中可以显著提高其力学性能，原因可归纳如下：

    （1）石墨烯的润滑作用使得烧结初期颗粒重排的过程加快。

    （2）在烧结后期，石墨烯还可通过去除含氧杂质提高试样的传质速率，从而提高烧结体的致密度。

    （3）石墨烯的加入使复合陶瓷的断裂方式由原本的穿晶断裂变为沿晶断裂和穿晶断裂并存。

    （4）石墨烯的引入在陶瓷材料的断裂过程中产生裂纹偏转和桥接，从而提高硼化物陶瓷的断裂韧性。但是需要指出的是，石墨烯在高温烧结的条件下易团聚和损毁，导致其强韧化效果难以充分发挥。

    3、石墨烯增韧氮化物陶瓷

    在氮化物陶瓷中加入石墨烯可以降低其晶粒尺寸，同时石墨烯的存在也可促使裂纹在扩展时发生偏转，从而提高复合陶瓷的断裂韧性。但应该指出的是，引入的石墨烯会与氮化物陶瓷基质中的杂质发生反应，产生孔隙。另外，石墨烯易出现严重的团聚现象，也会导致复合陶瓷力学性能的降低。

    4、石墨烯增韧碳化物陶瓷

    以碳化硼为例，与不添加石墨烯的b4c陶瓷相比，通过石墨烯增韧的碳化硼陶瓷其韧性能提高约50％。其原因是：

    （1）石墨烯的加入导致了裂纹发生大角度的偏转，使得裂纹尖端的应力强度显著降低。

    （2）石墨烯的引入导致了裂纹发生分叉，这也有助于复合陶瓷断裂韧性的提高。

    （3）单层石墨烯和多层石墨烯共同导致的裂纹桥接作用。

    在碳化物陶瓷中引入少量石墨烯可以抑制陶瓷晶粒的长大，去除晶界上的氧化物杂质，从而提高碳化物陶瓷的断裂韧性。但是需要注意的是，随着石墨烯纳米片添加量的增多，其与基质之间的化学反应也加剧，使得石墨烯损毁严重，并在陶瓷材料中产生较多的孔隙，最终导致复合陶瓷致密度和力学性能的下降。

    总结

    石墨烯增强结构陶瓷材料目前已得到较为广泛的研究，已研究用于增强各类碳化物、氮化物和氧化物陶瓷基体，石墨烯可在基体中均匀分散，经研究证明均可得到不同强化效果。但目前仍存在一些问题：

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