在超(chāo)過2000℃熔點(diǎn)的(de)氧化物中(zhōng)，氧化(huà)鋁陶(táo)瓷是最(zuì)靈(líng)活和廉價(jià)的材料。氧(yǎng)化鋁陶瓷(cí)是一(yī)種以氧化鋁(lǚ)（氧(yǎng)化鋁(lǚ)）爲主體的(de)陶瓷(cí)材(cái)料(liào)。氧化鋁陶瓷機械強(qiáng)度(dù)高、硬度大、高(gāo)頻介(jiè)電損耗小(xiǎo)，又因爲它(tā)的原料來源(yuán)廣(guǎng)、價格(gé)相對(duì)便宜、加工(gōng)技術較爲(wèi)成熟(shú)，因此，它被廣泛(fàn)地應用于電子(zǐ)、電器、機械、紡織(zhī)和航(háng)空(kōng)航天等領域。這也(yě)奠定(dìng)了它在陶瓷材料領域的(de)地位(wèi)。據悉，氧化(huà)鋁陶(táo)瓷是(shì)目前(qián)世界(jiè)上(shàng)用(yòng)量最大的(de)氧化(huà)物陶瓷(cí)材(cái)料。

氧化鋁(lǚ)陶瓷(cí)材料的結(jié)構屬(shǔ)于剛玉型，其本身(shēn)具(jù)有離(lí)子鍵(jiàn)的特性，使得滑(huá)移系(xì)統遠沒有金屬那麽多，這導緻其缺乏一(yī)定的韌(rèn)性、塑性(xìng)。所以(yǐ)表現(xiàn)出的(de)斷裂韌性較低(dī)，這大大(dà)地限制(zhì)了氧(yǎng)化(huà)鋁陶瓷(cí)的廣泛(fàn)應(yīng)用。那(nà)麽氧化鋁陶瓷(cí)的主(zhǔ)要(yào)增韌方(fāng)法有哪些(xiē)？

一、層狀結構增韌

天(tiān)然(rán)材(cái)料如竹子(zǐ)、貝殼等，綜合性(xìng)能很(hěn)好，是因其(qí)結構呈層狀分(fèn)布。人們從(cóng)這些(xiē)天(tiān)然結構(gòu)得到(dào)啓示，采用仿生(shēng)結構來改善陶(táo)瓷材料(liào)的脆性(xìng)，提高(gāo)其韌性。層狀複合陶(táo)瓷材(cái)料是由多層材(cái)料組成(chéng)。各(gè)層的彈性模(mó)量、線脹(zhàng)系數(shù)不同，進而導緻層(céng)間(jiān)産生(shēng)宏觀(guān)應力，在表面産生壓應力。受到外力(lì)作用(yòng)時，能(néng)最大限度(dù)地吸收應變能(néng)，并且(qiě)使(shǐ)裂(liè)紋沿(yán)界面(miàn)産生反複偏轉、拐(guǎi)折(shé)。以此(cǐ)達到提高(gāo)表面(miàn)性能(néng)和整體韌(rèn)性的(de)目的。

例如：氧化鋁/ni層狀陶(táo)瓷，利用鎳的線(xiàn)脹系數約爲氧化鋁的)倍，在氧(yǎng)化鋁(lǚ)層産(chǎn)生應(yīng)壓力(lì)，裂(liè)紋偏轉(zhuǎn)能力大(dà)，所(suǒ)以該(gāi)材料(liào)有較(jiào)好的韌性(xìng)。層狀陶瓷(cí)是一新型(xíng)材料，前景(jǐng)廣闊(kuò)，但其(qí)缺點主(zhǔ)要是弱夾層會降低材(cái)料強度(dù)，平(píng)行和垂直于夾(jiá)層方(fāng)向的性質(zhì)差别(bié)較大，呈各(gè)向異性。所(suǒ)以業(yè)内專家提(tí)出了采用(yòng)強夾(jiá)層的(de)思路，制備出了zta/ 氧化(huà)鋁強夾(jiá)層，沖擊(jī)韌性(xìng)達10 mpa.m1/2以上，是(shì)zta材(cái)料的2.8倍，氧化(huà)鋁陶(táo)瓷的(de)5.6倍(bèi)。一(yī)些科學(xué)家(jiā)通過(guò)計算(suàn)機對層狀複合(hé)陶瓷(cí)進行(háng)了模拟，發現如(rú)果軟層材料(liào)的(de)強度太高、太低(dī)都會降(jiàng)低(dī)整體(tǐ)韌性，而提高硬(yìng)、軟層層厚和彈(dàn)性模(mó)量(liàng)之比，硬(yìng)層均勻性均可(kě)提高陶(táo)瓷韌性(xìng)。這爲層狀(zhuàng)增韌(rèn)陶瓷(cí)提供(gòng)了一(yī)定的研究思路和優化途徑。

二(èr)、纖維(wéi)複(fú)合增韌(rèn)

研究(jiū)表明，連續纖維對陶瓷的(de)增韌(rèn)效率較其(qí)他增韌方(fāng)法大(dà)，是迄今爲止陶瓷系(xì)列所能達到的最(zuì)高韌性(xìng)，可以(yǐ)達20mpa.m1/2左右，因(yīn)此是(shì)改善陶瓷(cí)材料脆性(xìng)非常有效的途徑。該(gāi)方法把(bǎ)強度、彈性模量較(jiào)高(gāo)的纖維(wéi)分(fèn)散(sàn)在陶瓷基體中。複合(hé)材料(liào)在外(wài)力作(zuò)用(yòng)下，一部分載(zǎi)荷由纖維(wéi)承擔(dān)，以此來(lái)減輕基體本身的負荷(hé)。而且(qiě)，基體中的(de)纖(xiān)維在承(chéng)受力(lì)大于其強度發(fā)生斷裂時，纖維(wéi)産生拔出(chū)機制(zhì)。此外(wài)，這些(xiē)纖維在基體中也存(cún)在裂紋橋聯(lián)、偏(piān)轉來阻(zǔ)止(zhǐ)裂紋(wén)的擴展。這3種增(zēng)韌機(jī)制共(gòng)同作用使陶瓷材料的韌(rèn)性提高很多。

目(mù)前，用(yòng)于氧(yǎng)化鋁陶(táo)瓷(cí)的纖(xiān)維主(zhǔ)要(yào)由(yóu)碳纖維、碳化矽(xī)纖維(wéi)、矽酸鋁纖維等(děng)多種。研究發現(xiàn)，提高纖維的長(zhǎng)徑比可提高增(zēng)韌效果。在纖維(wéi)的使(shǐ)用形式上(shàng)，采用纖維(wéi)，的三(sān)維編(biān)織(zhī)物增韌效果(guǒ)較好。與纖(xiān)維類似，目前采(cǎi)用晶(jīng)須增韌氧(yǎng)化鋁(lǚ)瓷的也較多，效果(guǒ)也很好。因晶(jīng)須(xū)是(shì)以單(dān)晶結構生(shēng)長、直徑極小（通常小(xiǎo)于3 um）的(de)短纖(xiān)維。其(qí)晶體(tǐ)缺陷少，原(yuán)子排列高(gāo)度有(yǒu)序，強度接近相(xiàng)鄰原子(zǐ)間成鍵力的(de)理論(lùn)值。理(lǐ)論和實(shí)踐(jiàn)證明(míng)，把它(tā)應(yīng)用于陶瓷(cí)的增(zēng)韌，對提(tí)高韌性有(yǒu)一定(dìng)作用(yòng)。如把碳化矽晶須（體積分(fèn)數可達(dá)20%——30%）引(yǐn)入氧(yǎng)化鋁基(jī)陶瓷中(zhōng)，段韌性可(kě)達(dá)8——8.5 mpa.m1/2。

晶(jīng)須增(zēng)韌的(de)機制(zhì)除了拔出、裂紋(wén)偏轉、裂紋(wén)橋聯、釘紮等機制外(wài)，自身強(qiáng)度高也(yě)是一個原因。因(yīn)此在(zài)理(lǐ)論上，提(tí)高晶須強度、降低其(qí)彈性模量(liàng)，提高長(zhǎng)徑(jìng)比能提高增(zēng)韌效果(guǒ)。纖維(wéi)、晶須(xū)增韌(rèn)氧化(huà)鋁瓷的缺(quē)點就是混(hùn)合均(jun1)勻性很難保證。

三、自增韌(rèn)

所謂自增韌(rèn)，就是在一定(dìng)的工(gōng)藝條件下，生長出增(zēng)韌、增強相。它(tā)在(zài)一定程度(dù)上消(xiāo)除了基體(tǐ)相與(yǔ)增韌(rèn)相在(zài)物理(lǐ)或(huò)化學上(shàng)的不相容(róng)性，而保證(zhèng)了基體相(xiàng)與增(zēng)韌相的(de)熱(rè)力學(xué)穩定性。對于氧(yǎng)化(huà)鋁陶瓷而言(yán)，異向(xiàng)生長晶粒增韌氧化(huà)鋁成(chéng)爲克服氧化鋁陶瓷(cí)脆性的研究熱點(diǎn)。其主要機理是通過工(gōng)藝措施，控(kòng)制氧(yǎng)化鋁晶(jīng)粒的生(shēng)長方向，使其沿(yán)某些晶面優勢(shì)生長成棒(bàng)狀、長柱狀，起到類似(sì)晶須的(de)增(zēng)韌作用。在受到(dào)外來載荷時，裂紋尾(wěi)部産(chǎn)生橋聯方(fāng)式；而且這(zhè)些異向生(shēng)長的氧化(huà)鋁也會産生拔出、裂(liè)紋(wén)偏轉等(děng)增韌機制(zhì)，而(ér)使(shǐ)整個(gè)氧化鋁陶(táo)瓷的韌性得到提高(gāo)。

四、相變增(zēng)韌

這是研究比較早(zǎo)而(ér)且(qiě)普遍(biàn)的一種(zhǒng)增(zēng)韌方(fāng)。它是人(rén)爲地在(zài)材料中(zhōng)造成大量的(de)極細裂紋(wén)，以吸收能(néng)量、阻(zǔ)止裂紋擴(kuò)展。其(qí)中主要集中在zro2的的(de)馬(mǎ)氏體相變研究上(shàng)，比較(jiào)成功的有zta,ztm等陶(táo)瓷材料。zro2彌(mí)散在(zài)氧化(huà)鋁基體中(zhōng)，由于(yú)二者的線(xiàn)脹系數不同，冷(lěng)卻時，zro2顆粒(lì)受到(dào)壓應力，相變受(shòu)阻。而後(hòu)，在材料(liào)受到(dào)外(wài)力作用(yòng)時，zro2顆粒上的壓(yā)力得到松弛，四(sì)方相轉變(biàn)爲單(dān)斜相，體積膨脹(zhàng)後在(zài)基體中産生微(wēi)裂紋(wén)，而吸(xī)收主裂紋的(de)能量，達到增(zēng)韌效果。這(zhè)就(jiù)是(shì)應力(lì)誘導(dǎo)相(xiàng)變增韌(rèn)機制。

在增(zēng)韌機(jī)理中，除了zro2的(de)誘導相變機制外(wài)，相變産(chǎn)生體積(jī)膨脹，在裂紋區(qū)域向不發生相(xiàng)變區擠(jǐ)壓現象(xiàng)，使裂紋呈(chéng)閉合趨勢，擴(kuò)展困難(nán)，也可(kě)以提高韌(rèn)性。部分研(yán)究人(rén)員用(yòng)體(tǐ)積分(fèn)數爲10%——30%的zro2制備(bèi)zta陶瓷(cí)時發(fā)現，zro2用量在(zài)體積(jī)分數爲20%時(shí)增韌效果最好(hǎo)。

陶瓷增韌(rèn)技術在未(wèi)來的很長(zhǎng)一段時間(jiān)都将是材(cái)料界的熱(rè)點技(jì)術。陶瓷材(cái)料固有的高(gāo)強(qiáng)度、耐高溫(wēn)、低膨(péng)脹系(xì)數等特性如果能夠(gòu)再結(jié)合高韌性(xìng)，那将(jiāng)是材料(liào)界夢寐(mèi)以求的高性能(néng)材料，運用領域(yù)極爲(wèi)廣泛。下面(miàn)簡單(dān)介紹一下(xià)氧化鋁陶(táo)瓷的一些應用(yòng)吧。

（一(yī)）機械方(fāng)面(miàn)

氧化(huà)鋁陶瓷燒結産(chǎn)品(pǐn)的(de)抗彎強度(dù)可達250mpa，熱壓産(chǎn)品可達500mpa。氧(yǎng)化鋁陶瓷的莫氏硬度(dù)可達(dá)到9，加(jiā)上具有優(yōu)良(liáng)的(de)抗磨(mó)損性能等，所以(yǐ)廣泛地用于制(zhì)造刀(dāo)具、球閥、磨(mó)輪、陶(táo)瓷釘(dìng)、軸承等，其中以(yǐ)氧化(huà)鋁陶瓷刀具和(hé)工業用閥(fá)應用(yòng)最廣。

氧化鋁陶(táo)瓷刀(dāo)具

氧(yǎng)化鋁(lǚ)陶(táo)瓷刀具的最(zuì)佳切(qiē)削速度比(bǐ)一般的(de)硬質合(hé)金刀具(jù)高，可大(dà)幅提(tí)高對不同材料的切削效(xiào)率。随着科學工(gōng)作者的大量研(yán)究，添加其(qí)它成(chéng)分構成兩相或(huò)以固溶體形式(shì)存在(zài)于基體之(zhī)中的氧化(huà)鋁基複合陶瓷和晶(jīng)須增(zēng)強陶瓷中(zhōng)。這些技(jì)術彌補(bǔ)了純(chún)氧化鋁陶(táo)瓷的不足(zú)，從而提高(gāo)了它的切削性(xìng)能和耐用(yòng)度。

（二）電子(zǐ)/電力(lì)方面(miàn)

在電(diàn)子、電(diàn)力方面，有(yǒu)各種(zhǒng)氧化鋁陶瓷底(dǐ)闆、基片、陶瓷膜(mó)、透(tòu)明陶瓷以及(jí)各種氧化鋁陶瓷電絕(jué)緣(yuán)瓷件(jiàn)、電子材(cái)料(liào)、磁性材料(liào)等，其中以(yǐ)氧化(huà)鋁透(tòu)明陶(táo)瓷和(hé)基片(piàn)應用(yòng)最廣(guǎng)。

氧化(huà)鋁透(tòu)明陶瓷

當前透明陶(táo)瓷是材料(liào)領域(yù)研究和應(yīng)用的重要(yào)前沿(yán)方向(xiàng)。透明(míng)陶瓷(cí)作爲一種新型(xíng)材料(liào)，除了本身(shēn)具有寬範圍的(de)透光(guāng)性外，還具(jù)有高熱導(dǎo)率、低(dī)電導(dǎo)率(lǜ)、高硬度(dù)、高強度(dù)、低(dī)介電常數和介電損(sǔn)耗、耐磨性(xìng)和(hé)耐腐蝕性好等一(yī)系列優(yōu)點。

氧化鋁陶瓷(cí)基片

氧化(huà)鋁陶(táo)瓷基片(piàn)具有機械(xiè)強度高、絕緣性(xìng)好、避光性高等(děng)優良(liáng)性能，廣(guǎng)泛(fàn)用于多層布線(xiàn)陶瓷(cí)基片、電子封(fēng)裝(zhuāng)及高密度(dù)封裝(zhuāng)基片。

（三）化(huà)工方面

在(zài)化工應用(yòng)方面，氧化(huà)鋁陶(táo)瓷也有(yǒu)較廣泛(fàn)的用(yòng)途(tú)，如氧化(huà)鋁陶瓷化工填(tián)料球、無機(jī)微濾(lǜ)膜、耐腐蝕塗層(céng)等，其中(zhōng)以氧(yǎng)化鋁陶瓷膜(mó)和塗(tú)層的研究和應(yīng)用最多。

（四）醫學(xué)方面

在醫學方(fāng)面，氧化鋁更多的是用(yòng)于制造人工(gōng)骨(gǔ)、人工關(guān)節、人工牙齒等。氧化(huà)鋁陶瓷具(jù)有優良的生物(wù)相容性(xìng)、生物惰(duò)性、理化穩定性及高(gāo)硬度、高耐(nài)磨性，是制備人(rén)造骨和(hé)人造關(guān)節的理(lǐ)想(xiǎng)材料(liào)。但它具有和其(qí)他陶(táo)瓷(cí)材(cái)料一樣的(de)缺點如脆(cuì)性大、斷裂韌性低、機加工(gōng)技術(shù)難度高、工藝複(fú)雜等，因此需要(yào)進一(yī)步研究應(yīng)用。

（五）建築(zhù)/衛生/陶瓷方面(miàn)

在建築衛(wèi)生陶瓷方(fāng)面，産(chǎn)品随處可(kě)見，如氧化鋁陶(táo)瓷襯磚、研(yán)磨介質、輥棒、陶(táo)瓷保護管(guǎn)以及氧化(huà)鋁質(zhì)耐火材料(liào)等(děng)。其中(zhōng)以(yǐ)氧化(huà)鋁球磨(mó)介質應用最廣。

材(cái)料科(kē)學的(de)魅力就在(zài)于取長補短，造(zào)就理想材料。氧(yǎng)化鋁陶瓷(cí)除了以上(shàng)應用(yòng)外，還(hái)廣泛應用于其(qí)它一些高(gāo)科技(jì)領域，如(rú)航(háng)空航(háng)天、高溫工業爐(lú)、複合增強等領(lǐng)域。在增(zēng)韌(rèn)技術的不(bú)斷發(fā)展中(zhōng)，氧化(huà)鋁(lǚ)陶瓷材(cái)料必将具備更(gèng)加優(yōu)良的性能(néng)，應用領(lǐng)域将更(gèng)加廣(guǎng)泛。