在超(chāo)過2000℃熔(róng)點的(de)氧(yǎng)化物中(zhōng)，氧化鋁陶瓷是最(zuì)靈(líng)活和(hé)廉價的材料。氧(yǎng)化鋁陶瓷是一(yī)種以氧化鋁（氧(yǎng)化鋁）爲(wèi)主體的(de)陶瓷材(cái)料。氧化(huà)鋁陶瓷機(jī)械強度高(gāo)、硬(yìng)度大、高(gāo)頻介電損(sǔn)耗小(xiǎo)，又因爲它(tā)的原(yuán)料來源廣、價格(gé)相對便宜、加工(gōng)技術較爲(wèi)成熟(shú)，因此，它被廣泛地應用于(yú)電子(zǐ)、電器(qì)、機(jī)械、紡織(zhī)和航(háng)空航天等領域。這也奠定(dìng)了它(tā)在(zài)陶瓷材料領域的地位。據悉，氧化鋁陶瓷是(shì)目前世界(jiè)上用(yòng)量最大的(de)氧化(huà)物(wù)陶(táo)瓷(cí)材(cái)料。

氧化鋁陶瓷(cí)材料的(de)結構屬(shǔ)于剛玉型，其本身具有離子鍵(jiàn)的特性，使(shǐ)得(dé)滑移系(xì)統(tǒng)遠沒有金屬那麽多，這(zhè)導緻(zhì)其(qí)缺乏一定的韌性、塑性(xìng)。所以表現出的(de)斷裂韌性(xìng)較低(dī)，這大(dà)大地限制(zhì)了氧(yǎng)化鋁(lǚ)陶瓷的廣(guǎng)泛應用。那(nà)麽氧化鋁陶瓷(cí)的主要增(zēng)韌方(fāng)法有哪些？

一、層狀結(jié)構增韌

天然材料如(rú)竹子(zǐ)、貝殼(ké)等，綜合性(xìng)能很好(hǎo)，是(shì)因其(qí)結構呈層狀分(fèn)布。人(rén)們從(cóng)這些天然(rán)結構得到(dào)啓示，采用(yòng)仿生結構來(lái)改(gǎi)善陶(táo)瓷材(cái)料的脆性，提高(gāo)其(qí)韌性。層(céng)狀複合陶(táo)瓷材(cái)料是由多層材(cái)料組成。各(gè)層的(de)彈性模量、線脹系數不同，進而導(dǎo)緻層間産生(shēng)宏觀應力(lì)，在(zài)表面産(chǎn)生(shēng)壓(yā)應力。受到外力作用時，能(néng)最大限度(dù)地吸收應(yīng)變能，并且(qiě)使裂紋沿(yán)界面産生反複偏轉(zhuǎn)、拐(guǎi)折(shé)。以此(cǐ)達到提高表面性能(néng)和整體韌(rèn)性的目的。

例如：氧化(huà)鋁/ni層狀陶(táo)瓷，利用鎳(niè)的線脹系數約爲氧(yǎng)化(huà)鋁(lǚ)的)倍，在氧(yǎng)化鋁層産生應(yīng)壓力，裂紋偏轉(zhuǎn)能力大，所以該(gāi)材料(liào)有較(jiào)好的(de)韌性(xìng)。層狀(zhuàng)陶瓷(cí)是一新型(xíng)材料(liào)，前景廣闊，但其(qí)缺點主要是弱(ruò)夾層會降低材(cái)料(liào)強度(dù)，平行和(hé)垂直于夾層方(fāng)向的性質(zhì)差别(bié)較大(dà)，呈各(gè)向異(yì)性。所以業(yè)内專(zhuān)家提出了采用(yòng)強夾層的(de)思(sī)路(lù)，制備出(chū)了(le)zta/ 氧化(huà)鋁強夾層(céng)，沖擊(jī)韌性(xìng)達10 mpa.m1/2以上，是zta材料的2.8倍(bèi)，氧化(huà)鋁陶瓷的5.6倍(bèi)。一(yī)些科學家通過計算(suàn)機對層狀(zhuàng)複合陶瓷進行(háng)了模拟，發現如(rú)果軟層材料的強度(dù)太高(gāo)、太低(dī)都會降低(dī)整體(tǐ)韌性，而提高硬(yìng)、軟層層(céng)厚和彈(dàn)性模量之比(bǐ)，硬(yìng)層均(jun1)勻性(xìng)均可(kě)提高陶(táo)瓷韌性(xìng)。這爲層狀(zhuàng)增韌(rèn)陶(táo)瓷(cí)提供(gòng)了一(yī)定的研究(jiū)思(sī)路和優(yōu)化途徑。

二(èr)、纖維複(fú)合增韌

研究(jiū)表明(míng)，連續(xù)纖維(wéi)對(duì)陶(táo)瓷的(de)增韌(rèn)效率較其(qí)他增韌方法大(dà)，是迄今(jīn)爲(wèi)止陶瓷系(xì)列所能達(dá)到的(de)最高韌性(xìng)，可以達20mpa.m1/2左右，因(yīn)此是(shì)改善(shàn)陶瓷(cí)材料脆(cuì)性非常(cháng)有效的途徑。該(gāi)方法把(bǎ)強度、彈(dàn)性模量(liàng)較高的(de)纖維分散在陶瓷基體(tǐ)中。複合(hé)材料(liào)在外力作用下(xià)，一(yī)部(bù)分載(zǎi)荷由纖(xiān)維(wéi)承擔(dān)，以此來減輕基(jī)體本身的(de)負荷。而且，基體中的(de)纖維在承(chéng)受力(lì)大于其強度發(fā)生斷(duàn)裂時，纖維産生拔出機制(zhì)。此外，這(zhè)些(xiē)纖維在基(jī)體中也存(cún)在裂(liè)紋(wén)橋聯、偏轉來阻止裂紋(wén)的擴展(zhǎn)。這3種增(zēng)韌機(jī)制共同作(zuò)用使陶瓷材料(liào)的韌(rèn)性(xìng)提高很(hěn)多。

目前，用(yòng)于氧化鋁陶(táo)瓷的纖(xiān)維主(zhǔ)要由(yóu)碳纖(xiān)維、碳(tàn)化矽纖維(wéi)、矽酸鋁纖維等(děng)多種。研究發現(xiàn)，提高纖維(wéi)的長徑比可提高增(zēng)韌效果。在纖維(wéi)的使用形式上(shàng)，采用纖(xiān)維，的三維編織(zhī)物增韌(rèn)效果(guǒ)較好(hǎo)。與纖(xiān)維(wéi)類似(sì)，目前采(cǎi)用晶(jīng)須增(zēng)韌(rèn)氧化鋁瓷的也較(jiào)多，效(xiào)果也很好(hǎo)。因晶須是(shì)以單(dān)晶結構(gòu)生(shēng)長、直(zhí)徑極(jí)小(xiǎo)（通(tōng)常小(xiǎo)于3 um）的短(duǎn)纖維。其(qí)晶體缺陷少，原(yuán)子排列高度有(yǒu)序，強度接(jiē)近相(xiàng)鄰原子間成(chéng)鍵力的理論(lùn)值。理(lǐ)論和實踐證明(míng)，把它應用于陶(táo)瓷(cí)的增韌，對提(tí)高韌(rèn)性有一定(dìng)作用。如把(bǎ)碳化矽晶須（體積分(fèn)數可(kě)達(dá)20%——30%）引(yǐn)入氧(yǎng)化(huà)鋁(lǚ)基陶瓷中(zhōng)，段韌性可達8——8.5 mpa.m1/2。

晶須增(zēng)韌(rèn)的(de)機制(zhì)除了拔(bá)出(chū)、裂紋(wén)偏轉(zhuǎn)、裂紋(wén)橋聯(lián)、釘紮等機(jī)制外，自身(shēn)強(qiáng)度高也是一個原(yuán)因。因(yīn)此在(zài)理(lǐ)論上，提(tí)高晶須強度、降(jiàng)低其彈性模量(liàng)，提高長(zhǎng)徑比(bǐ)能提高(gāo)增韌效果(guǒ)。纖維、晶須(xū)增韌(rèn)氧化(huà)鋁瓷的缺(quē)點(diǎn)就是混合均勻性很難保證。

三、自增韌(rèn)

所謂(wèi)自增(zēng)韌，就(jiù)是在(zài)一定的工(gōng)藝條件(jiàn)下(xià)，生長(zhǎng)出增(zēng)韌、增(zēng)強相(xiàng)。它在(zài)一定程度上消除了基(jī)體相與(yǔ)增韌(rèn)相在物理(lǐ)或化學上的不相容(róng)性，而保證了基(jī)體相與增(zēng)韌相的熱(rè)力學穩定性。對于氧(yǎng)化鋁陶瓷而言(yán)，異向生長晶(jīng)粒(lì)增韌氧化(huà)鋁成(chéng)爲克(kè)服氧(yǎng)化鋁(lǚ)陶瓷(cí)脆(cuì)性的研(yán)究熱(rè)點。其主要(yào)機理是通過工(gōng)藝措施，控(kòng)制氧化鋁晶(jīng)粒(lì)的生(shēng)長方(fāng)向，使其沿某些晶面優勢(shì)生長成(chéng)棒狀、長柱狀(zhuàng)，起(qǐ)到類似(sì)晶須(xū)的增韌作(zuò)用。在(zài)受到外來載荷時，裂紋尾(wěi)部産生橋聯方式；而且這(zhè)些異(yì)向生長的氧化(huà)鋁也會産生拔出、裂紋(wén)偏轉等(děng)增韌機制，而使(shǐ)整個氧化鋁陶(táo)瓷的韌性得到提高。

四、相(xiàng)變增韌

這是研究比較早而且普遍的一種增韌方(fāng)。它是(shì)人爲地在(zài)材料(liào)中造(zào)成大(dà)量的極(jí)細裂紋(wén)，以吸收能量、阻(zǔ)止裂(liè)紋(wén)擴展。其(qí)中主(zhǔ)要(yào)集(jí)中在(zài)zro2的的馬氏體相(xiàng)變研究上(shàng)，比較(jiào)成功的有zta,ztm等陶(táo)瓷材料。zro2彌散在氧化(huà)鋁(lǚ)基體中(zhōng)，由于二者的線脹(zhàng)系數不同，冷(lěng)卻時(shí)，zro2顆粒受到(dào)壓應力，相變受(shòu)阻。而後，在(zài)材料(liào)受到(dào)外(wài)力作用(yòng)時，zro2顆粒上的壓力得(dé)到松(sōng)弛，四(sì)方相轉變(biàn)爲單斜相，體(tǐ)積膨脹(zhàng)後在基體(tǐ)中産(chǎn)生微裂紋(wén)，而吸(xī)收主裂(liè)紋(wén)的(de)能量，達到增(zēng)韌效(xiào)果。這就是(shì)應力誘導相變增韌(rèn)機制。

在增(zēng)韌機理中，除了zro2的誘(yòu)導相變機(jī)制外(wài)，相變産生(shēng)體積膨脹，在裂紋區域向(xiàng)不發生相(xiàng)變區擠(jǐ)壓(yā)現象，使裂(liè)紋呈閉合(hé)趨勢，擴展(zhǎn)困難(nán)，也可(kě)以提高韌(rèn)性。部分研究人(rén)員用(yòng)體(tǐ)積(jī)分數(shù)爲10%——30%的(de)zro2制備(bèi)zta陶瓷(cí)時發現，zro2用量在(zài)體積分數(shù)爲20%時(shí)增(zēng)韌(rèn)效果最好(hǎo)。

陶瓷增韌技(jì)術(shù)在未來的很長(zhǎng)一段時間(jiān)都将是材(cái)料界(jiè)的熱(rè)點技術。陶(táo)瓷材(cái)料固有(yǒu)的(de)高強(qiáng)度、耐高(gāo)溫、低膨脹系(xì)數(shù)等特性(xìng)如果能夠(gòu)再結合高(gāo)韌性(xìng)，那将(jiāng)是材(cái)料界(jiè)夢寐以求的高性能(néng)材料，運(yùn)用領域極爲(wèi)廣泛。下面簡(jiǎn)單介紹(shào)一下(xià)氧化鋁(lǚ)陶瓷的一些(xiē)應用吧。

（一）機械方面

氧化(huà)鋁陶(táo)瓷燒(shāo)結産(chǎn)品的抗(kàng)彎強度(dù)可達250mpa，熱壓(yā)産品(pǐn)可達500mpa。氧化鋁陶瓷的莫氏硬度(dù)可達(dá)到9，加上具(jù)有優良的(de)抗磨損性(xìng)能等，所以(yǐ)廣泛地用(yòng)于制(zhì)造刀具(jù)、球閥、磨(mó)輪、陶瓷釘、軸承(chéng)等，其中以氧化(huà)鋁陶瓷刀具和工業用閥應用(yòng)最廣。

氧化鋁陶瓷刀(dāo)具

氧化鋁(lǚ)陶(táo)瓷刀具(jù)的最(zuì)佳切(qiē)削速度比(bǐ)一般的硬質合(hé)金刀具高(gāo)，可大(dà)幅提高對不同材料的(de)切(qiē)削效(xiào)率。随(suí)着科學工(gōng)作者的大(dà)量研(yán)究，添加其它成分構成兩相或(huò)以固溶體(tǐ)形式(shì)存在于基體(tǐ)之(zhī)中的氧化鋁基(jī)複合(hé)陶(táo)瓷和晶(jīng)須增(zēng)強陶(táo)瓷中(zhōng)。這些(xiē)技術(shù)彌補(bǔ)了純氧化(huà)鋁陶瓷的不足(zú)，從而提高了(le)它的切削性能(néng)和耐用度。

（二）電子(zǐ)/電力(lì)方面

在電子、電(diàn)力方(fāng)面(miàn)，有各種(zhǒng)氧化鋁(lǚ)陶瓷底(dǐ)闆、基(jī)片、陶瓷膜、透明(míng)陶瓷以及(jí)各種氧化(huà)鋁陶(táo)瓷電(diàn)絕(jué)緣瓷件(jiàn)、電子材料(liào)、磁性(xìng)材料等，其中以(yǐ)氧化鋁透(tòu)明陶(táo)瓷和基片應(yīng)用(yòng)最廣。

氧(yǎng)化鋁透(tòu)明陶(táo)瓷(cí)

當前透(tòu)明陶(táo)瓷是材料領域研究和應(yīng)用的重(zhòng)要前沿(yán)方向(xiàng)。透明陶瓷(cí)作爲(wèi)一(yī)種新型(xíng)材料(liào)，除了本身具有寬範圍的(de)透光性(xìng)外，還具有高熱導(dǎo)率、低(dī)電導(dǎo)率、高(gāo)硬度(dù)、高強度、低(dī)介電常數和介(jiè)電損(sǔn)耗、耐磨性和耐(nài)腐蝕(shí)性(xìng)好等一(yī)系列優點(diǎn)。

氧化(huà)鋁陶瓷基片

氧化鋁陶瓷基片(piàn)具有(yǒu)機械(xiè)強度高、絕緣(yuán)性(xìng)好、避(bì)光性高(gāo)等優良(liáng)性能，廣泛用于(yú)多(duō)層(céng)布線陶瓷(cí)基片、電(diàn)子封裝(zhuāng)及高(gāo)密度封裝(zhuāng)基片。

（三(sān)）化(huà)工方面

在(zài)化工應用(yòng)方(fāng)面，氧化鋁陶瓷也有較廣(guǎng)泛(fàn)的用途，如(rú)氧化(huà)鋁陶瓷(cí)化工填(tián)料球、無(wú)機微濾膜(mó)、耐(nài)腐(fǔ)蝕塗層(céng)等，其中以氧化鋁陶(táo)瓷膜和塗(tú)層的研究和應(yīng)用最(zuì)多(duō)。

（四）醫學(xué)方面

在醫學方面，氧化鋁(lǚ)更多(duō)的是用于(yú)制造人工(gōng)骨、人工關(guān)節、人工(gōng)牙(yá)齒等(děng)。氧化鋁陶瓷具(jù)有優良的生物(wù)相容(róng)性、生物惰(duò)性、理化穩(wěn)定性(xìng)及高(gāo)硬度、高耐(nài)磨(mó)性，是制(zhì)備人造骨和人造關(guān)節的理想(xiǎng)材料(liào)。但它具有和其(qí)他陶(táo)瓷材料一樣的(de)缺(quē)點如脆(cuì)性大(dà)、斷裂(liè)韌性(xìng)低、機(jī)加工技術難度高、工藝複(fú)雜等，因此需要(yào)進一步研(yán)究應(yīng)用。

（五）建(jiàn)築/衛生/陶瓷方面(miàn)

在建築衛(wèi)生陶瓷方(fāng)面，産品随(suí)處可(kě)見(jiàn)，如(rú)氧化鋁陶(táo)瓷襯磚、研磨介(jiè)質、輥棒(bàng)、陶瓷保(bǎo)護管以(yǐ)及(jí)氧化鋁質(zhì)耐火材料等(děng)。其中以氧化鋁球(qiú)磨介質應(yīng)用最廣。

材料科(kē)學的魅(mèi)力就在(zài)于取(qǔ)長補短，造(zào)就(jiù)理(lǐ)想(xiǎng)材料。氧(yǎng)化鋁(lǚ)陶瓷除了(le)以上應用外，還(hái)廣泛應用于其(qí)它一(yī)些(xiē)高科技(jì)領域，如航空航(háng)天、高(gāo)溫工業爐、複合增強等領(lǐng)域。在增韌技術(shù)的不(bú)斷發展中，氧化鋁陶瓷材(cái)料必将具備(bèi)更(gèng)加優良的性能，應用領(lǐng)域(yù)将更(gèng)加廣泛。