中文摘要：

通过Si3N4-TiN纤维挤制、表面隔离层涂敷和气压-热等静压烧结制备在三维方向上具有相同阈值强度的Si3N4-TiN纤维独石陶瓷。材料中Si3N4-TiN纤维被低热膨胀系数的薄层隔离层包围，由于热膨胀系数的差异，隔离层所受到的平行于纤维表面切线方向的压应力对纤维中裂纹的扩展具有屏蔽作用，使材料在三维方向上表现出相同的阈值强度。从而降低强度对材料中缺陷尺寸的依赖性，有利于材料应用可靠性的提高。项目中主要研究Si3N4-TiN纤维状独石陶瓷的制备，以及Si3N4-TiN纤维直径、隔离层的厚度和韧性、隔离层中压应力的大小和裂纹在纤维与隔离层界面上的扩展方式等对材料阈值强度的影响。这一工作对于深入理解阈值强度三维相同的纤维独石陶瓷的设计原理及各种因素对材料三维阈值强度的影响规律有着重要的学术意义和应用价值，可以为其他新型阈值强度三维相同的纤维独石陶瓷的研究提供借鉴和理论指导。

结论摘要：

在叠层材料的厚层之间置入一个具有内在残余压应力的薄层可以使其表现出阈值强度的特征，该发现为解决脆性材料的低应用可靠性提供了新思路。然而上述叠层材料的阈值强度对应力方向具有强烈的依赖性，只有在受到平行于叠层方向的外加应力作用时才能够表现出阈值强度效应。这不利于其在复杂应力场合下的应用。 为了克服叠层材料的上述缺点，本项目提出了在三维方向上具有阈值强度的纤维独石陶瓷的设计思想，并根据断裂力学原理建立了在不同方向外加应力作用下材料阈值强度的数学模型。在上述设计思想的指导下，利用二次叠层工艺成功地制备了Si3N4/TiN纤维独石陶瓷。研究证实该材料在垂直于纤维侧表面和平行于纤维中轴方向的外加应力作用下表现出明显的阈值强度效应，且各阈值强度随Si3N4隔离层中残余压应力的增强而增大，与理论预测表现出良好的一致性。该种材料相对于叠层材料大幅度改善了阈值强度对应力方向的依赖性，对于提高了材料在复杂应力场合下的应用可靠性具有重要的意义。