氧化鋁陶瓷的幾種增韌方法

　　氧化鋁陶瓷是一種以氧化鋁(Al2O3)為主體的陶瓷材料硬度相對比較高韌性差，為了滿(mǎn)足氧化鋁陶瓷在更多領(lǐng)域中應用我們會(huì )對氧化鋁陶瓷進(jìn)行增韌處理。氧化鋁陶瓷在增韌過(guò)程中中常用的主要有以下幾種方法。

　　1、纖維、晶須增韌用纖維(或晶須)以一定的方式加入到陶瓷的基體中去，一方面可以使高強度的纖維(晶須)來(lái)分擔外加的負荷，另一方面可以利用纖維(或晶須)與陶瓷基體的弱的界面結合來(lái)造就對外來(lái)能量的吸收系統，從而達到改善陶瓷材料脆性的目的。其機理主要是裂紋偏轉或分叉、拔出效應和橋聯(lián)效應。

　　2、自增韌通過(guò)引入添加劑或晶種來(lái)誘導等軸狀A12O3晶粒異向生長(cháng)成為如板狀、長(cháng)柱狀形貌的晶粒來(lái)形成自增韌A12O3陶瓷在近十幾年得到了廣泛的研究。自增韌氧化鋁陶瓷材料是通過(guò)在原料中加入可以生成第二相的原料，控制生成條件和反應過(guò)程，直接通過(guò)高溫化學(xué)反應或誘導氧化鋁晶粒的異向生長(cháng)，使主晶相基體中生長(cháng)出晶須均勻分布的、晶粒長(cháng)徑比大的或晶片的增強體，形成陶瓷復合材料。這樣可以避免兩相不相容以及分布不均勻的缺陷，使強度和韌性都比用外來(lái)第二相增韌的同種材料高，從而進(jìn)一步提高材料的力學(xué)性能。

　　3、相變增韌當Al2O3中加入純ZrO2(非穩定ZrO2)粒子形成ZrO2增韌Al2O3陶瓷時(shí)，由于亞穩四方t-ZrO2于應力誘發(fā)下向單斜m-ZrO2的轉變產(chǎn)生3%～5%的體積變化及8%左右的切應變效應，可以抵消外加應力、吸收能量，從而緩和主裂紋尖端的應力集中，可使Al2O3陶瓷韌性顯著(zhù)提高。研究表明：ZrO2增韌機理有應力誘導相變增韌、顯微裂紋增韌、細化基體晶粒、裂紋的轉向與分叉以及表面增韌等，其中相變增韌是主要增韌機制。相變增韌的影響因素很多，如ZrO2含量及粒徑、晶粒尺寸、其它添加劑種類(lèi)和數量、晶粒取向等。其缺點(diǎn)是增韌效果隨溫度的升高而急劇下降，因此一般單純依靠相變增韌來(lái)提高韌性的材料僅適用于溫度較低的場(chǎng)合。

　　通常在A(yíng)l2O3基體中引入ZrO2的顆粒為微米級或亞微米級，使得制成的復相陶瓷中的ZrO2晶粒尺寸易于超過(guò)臨界尺寸，大大降低增強增韌的效果。將納米級ZrO2顆粒作為彌散相引入微米級陶瓷基體中制得納米復相陶瓷，取得了很好的效果并引起人們的重視。

　　4、顆粒彌散相增韌顆粒彌散增韌機理主要有熱應力誘導微裂紋增韌、切應力阻礙微裂紋擴展增韌、微裂紋偏轉與分支、弱化應力集中增韌以及細化基體晶粒。顆粒彌散增韌與溫度無(wú)關(guān)，可以作為高溫增韌機制。對顆粒增韌氧化鋁陶瓷的研究中，主要以高熔點(diǎn)、高強度、高彈性模量的碳化物、氮化物、硼化物第二相粒子和具有延展性的金屬顆粒為增韌相。

　　影響第二相顆粒復合增韌效果的主要因素有：基體和第二相顆粒的彈性模量E、熱膨脹系數α和兩相的化學(xué)相容性。其中兩相的化學(xué)相容是復合的前提，即兩相間不能存在過(guò)分的化學(xué)反應。Ep與Em相等時(shí)，不論第二相顆粒的αp是大于還是小于基體的αm都能實(shí)現增韌補強。

　　目前，顆粒彌散增韌的研究主要從兩個(gè)方面入手：一個(gè)是利用彌散顆粒和基質(zhì)材料的膨脹系數以及彈性模量的匹配在材料內部形成殘余應力，使之達到增韌的目的;另一個(gè)是通過(guò)自身顆粒尺寸效應來(lái)提高自身的韌性，使之達到增韌的目的。

　　5、復合增韌多種增韌機制復合增韌氧化鋁陶瓷在近年來(lái)也受到了廣泛的關(guān)注，它主要包括晶須-相變復合增韌、晶須-顆粒復合增韌、多相顆粒復合增韌等。將ZrO2相變增韌和晶須增韌這兩種增韌同時(shí)應用到Al2O3陶瓷中，產(chǎn)生十分明顯的增韌效果。復合材料的增韌機制包括裂紋偏轉與繞過(guò)、晶須橋聯(lián)與拔出以及相變增韌和微裂紋增韌。