氧化現象對碳化矽/氧化鋁/氧化鋯複合材料機械性質的影響

Abstract

本研究以熱壓法製備碳化矽體積比為30% 的複合材料，基地為不同體積比的氧化鋯與氧化矽，以AZxx表之，其中xx代表氧化鋯在基地中的體積百分比；複合材料則以 AZxx/SiC符號表示。測試試片以SENB(Single Edge Notched Beam)方法製備，並分別於1350℃下進行不同氧化時間處理，最後以四點抗折儀器量測機械性質。並輔以X光繞射儀(X-ray)、掃描式電子顯微鏡(SEM/EDS)、穿透式電子顯微鏡(TEM/EDS)觀察分析斷裂面的顯微結構。實驗結果顯示氧化試片的weight gain隨氧化鋯含量的增加而增加，這是由於氧化鋯的添加促使氧在基地相的擴散速率增加所致。試片氧化後的斷裂面型態也因氧化鋯含量不同而相異，AZ0/SiC試片斷裂面型態氧化前後相近，斷裂面平整且氧化現象不明顯，破壞模式為穿晶破壞；而AZ10/SiC和AZ20/SiC氧化後斷裂面相似，出現因氧化而生成的氧化層及孔洞，對試片的破壞強度及韌性是負面效應；而AZ50/SiC的斷裂面則滿佈因氧化而生成的孔洞及裂縫。破壞強度與韌性的測試結果可分為兩部分，未氧化試片的氧化鋯含量越多對試片破壞強度與韌性的提高幫助越大，可歸因於碳化矽與氧化鋯強化相的幫助；而氧化後結果則因試片氧化現象不同而相異，AZ0/SiC與AZ10/SiC試片氧化程度輕微，試片破壞強度與韌性受氧化影響較小，短時間氧化出現破壞強度與韌性提高；AZ20/SiC與AZ50/SiC試片氧化程度嚴重，試片破壞強度與韌性受氧化影響大，氧化後試片的破壞強度與韌性都比氧化前差。