在(zai)超過2000℃熔(rong)點的氧(yang)化物中(zhong)，氧化鋁(lü)陶瓷是(shi)最靈活(huo)和廉價(jia)的材料(liao)。氧化鋁(lü)陶瓷是(shi)一種以(yi)氧化鋁(lü)（氧化鋁(lü)）爲主👿體(ti)的陶瓷(ci)材料。氧(yang)化🧛🏾‍♀️鋁陶(tao)瓷機械(xie)強度高(gao)、硬度大(da)、高頻介(jie)電損耗(hao)小，又因(yin)爲它💘的(de)原料來(lai)源廣、價(jia)格相對(dui)便宜、加(jia)工技術(shu)較爲成(cheng)熟，因此(ci)，它被廣(guang)泛地應(ying)用于電(dian)子、電👩🏽‍🐰‍👩🏿器(qi)、機械、紡(fang)織和航(hang)空航天(tian)等領域(yu)。這也奠(dian)定了它(ta)在陶😘瓷(ci)材料領(ling)域的地(di)位。據悉(xi)，氧化😝鋁(lü)陶瓷是(shi)目前世(shi)界上用(yong)量最大(da)的氧化(hua)物陶瓷(ci)材料。

氧(yang)化鋁陶(tao)瓷材料(liao)的結構(gou)屬于剛(gang)玉型，其(qi)本身具(ju)有離子(zi)鍵的特(te)性，使得(de)滑移系(xi)統遠沒(mei)有金屬(shu)那麽多(duo)，這導🙂‍↕️緻(zhi)其缺乏(fa)一定的(de)韌性、塑(su)性。所以(yi)表現出(chu)的斷裂(lie)韌性較(jiao)低，這大(da)大地🧜🏼‍♀️限(xian)制了氧(yang)化鋁陶(tao)瓷的廣(guang)泛應用(yong)。那麽💯氧(yang)化鋁陶(tao)瓷的主(zhu)要增韌(ren)方法🏃🏻‍♀️有(you)哪些？

一(yi)、層狀結(jie)構增韌(ren)

天然材(cai)料如竹(zhu)子、貝殼(ke)等，綜合(he)性能很(hen)好，是因(yin)其結構(gou)💘呈層狀(zhuang)分布。人(ren)們從這(zhe)些天然(ran)結構得(de)到啓示(shi)，采用仿(pang)生結構(gou)來改善(shan)陶瓷材(cai)料的脆(cui)性，提高(gao)其韌性(xing)。層狀複(fu)合陶瓷(ci)材料是(shi)由多層(ceng)材料組(zu)成。各層(ceng)的彈性(xing)模量、線(xian)脹系數(shu)不👩🏽‍🐰‍👩🏿同，進(jin)而導緻(zhi)層間産(chan)生宏觀(guan)應力，在(zai)表面産(chan)生壓應(ying)力。受到(dao)外力作(zuo)用時，能(neng)最大限(xian)度地吸(xi)收應變(bian)💘能，并且(qie)使裂紋(wen)沿界面(mian)産生反(fan)複偏轉(zhuan)、拐折。以(yi)此達到(dao)提高表(biao)面性能(neng)和整體(ti)韌性的(de)目的。

例(li)如：氧化(hua)鋁/Ni層狀(zhuang)陶瓷，利(li)用鎳的(de)線脹系(xi)數約爲(wei)氧👼🏾化鋁(lü)的)倍，在(zai)~氧化鋁(lü)層産生(sheng)應壓力(li)，裂紋偏(pian)轉能力(li)大，所以(yi)該材料(liao)有較✍🏻好(hao)的韌性(xing)。層狀陶(tao)瓷是一(yi)新型😁材(cai)料，前景(jing)廣闊，但(dan)其缺點(dian)主要是(shi)弱夾層(ceng)會降低(di)材料強(qiang)度，平行(hang)和垂直(zhi)于夾層(ceng)方向的(de)性質差(cha)别較大(da)，呈各向(xiang)異性。所(suo)以業内(nei)專😁家提(ti)出了采(cai)用強夾(jia)層的思(si)路，制備(bei)出了ZTA/ 氧(yang)化鋁強(qiang)夾層，沖(chong)擊韌性(xing)達10 Mpa.m1/2以上(shang)，是ZTA材料(liao)的2.8倍，氧(yang)化鋁陶(tao)瓷的5.6倍(bei)。一些科(ke)學家通(tong)過計算(suan)機對層(ceng)狀複合(he)陶瓷😮‍💨進(jin)行了模(mo)拟，發現(xian)🙂‍↔️如果軟(ruan)層材料(liao)的強度(du)太高、太(tai)低都會(hui)降低ˇ整(zheng)體韌性(xing)，而提高(gao)硬、軟層(ceng)層厚和(he)彈性模(mo)量之😁比(bi)，硬層均(jun)勻性均(jun)可提高(gao)陶瓷韌(ren)性。這爲(wei)層狀增(zeng)韌陶瓷(ci)提供了(le)一定的(de)研究思(si)路和優(you)化途徑(jing)。

二、纖維(wei)複合增(zeng)韌

研究(jiu)表明，連(lian)續纖維(wei)對陶瓷(ci)的增韌(ren)效率較(jiao)其他增(zeng)韌方法(fa)大，是迄(qi)今爲止(zhi)陶瓷系(xi)列所能(neng)達到的(de)最高韌(ren)性，可以(yi)達20Mpa.m1/2左右(you)，因🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻此是(shi)改善陶(tao)瓷材料(liao)脆性非(fei)常有效(xiao)的💔途徑(jing)。該方法(fa)把強度(du)、彈性模(mo)量較高(gao)的纖維(wei)分散在(zai)陶瓷基(ji)體中。複(fu)合材料(liao)✡️在外力(li)作用下(xia)，一部分(fen)載荷由(you)纖維承(cheng)擔，以此(ci)來減輕(qing)基體本(ben)身的負(fu)荷…。而且(qie)，基體中(zhong)的纖維(wei)在承受(shou)力大于(yu)其強度(du)發生斷(duan)裂時，纖(xian)維産生(sheng)拔出機(ji)制。此外(wai)，這些纖(xian)維在基(ji)體中也(ye)存在裂(lie)紋橋聯(lian)、偏👾轉來(lai)阻止裂(lie)紋的擴(kuo)展。這3種(zhong)增韌機(ji)制共同(tong)作用使(shi)陶瓷材(cai)料🙂‍↔️的韌(ren)性提高(gao)很多。

目(mu)前，用于(yu)氧化鋁(lü)陶瓷的(de)纖維主(zhu)要由碳(tan)纖維、碳(tan)化矽纖(xian)維☠️、矽酸(suan)鋁纖維(wei)等多種(zhong)。研究發(fa)現，提高(gao)纖維的(de)長徑比(bi)可提高(gao)增韌效(xiao)果。在纖(xian)維的使(shi)用形式(shi)上，采用(yong)纖維🙆🏿，的(de)三維編(bian)織物🧎🏻‍♀️‍➡️增(zeng)韌效果(guo)較好。與(yu)纖維類(lei)似，目前(qian)采用晶(jing)須增韌(ren)氧化鋁(lü)瓷的也(ye)較多，效(xiao)果也很(hen)🧜🏼‍♂️好。因晶(jing)須是以(yi)單晶結(jie)構生長(zhang)、直徑極(ji)小（通常(chang)小于💑🏾3 um）的(de)短纖維(wei)。其晶體(ti)缺陷少(shao)，原子排(pai)列高度(du)有序，強(qiang)度🙂‍↕️接近(jin)相鄰😁原(yuan)子間成(cheng)鍵力的(de)理論值(zhi)。理論和(he)實踐證(zheng)明，把它(ta)應用于(yu)陶瓷👱🏼‍♂️的(de)增韌，對(dui)提高韌(ren)性有一(yi)定作用(yong)。如把碳(tan)化矽晶(jing)須（體積(ji)分數可(ke)達20%——30%）引入(ru)氧化鋁(lü)基陶瓷(ci)中，段韌(ren)性可達(da)8——8.5 Mpa.m1/2。

晶須增(zeng)韌的機(ji)制除了(le)拔出、裂(lie)紋偏轉(zhuan)、裂紋橋(qiao)聯、釘紮(zha)等機制(zhi)外，自身(shen)強度高(gao)也是一(yi)個原因(yin)。因此在(zai)理論上(shang)，提高晶(jing)須強度(du)、降低👹其(qi)彈性模(mo)量，提高(gao)長徑比(bi)能提高(gao)增韌效(xiao)果。纖維(wei)、晶須增(zeng)韌氧化(hua)鋁瓷的(de)缺點就(jiu)是混合(he)均勻性(xing)很㊙️難保(bao)證。

三、自(zi)增韌

所(suo)謂自增(zeng)韌，就是(shi)在一定(ding)的工藝(yi)條件下(xia)，生長出(chu)增^韌、增(zeng)強相。它(ta)在一定(ding)程度上(shang)消除了(le)基體相(xiang)與增韌(ren)相在物(wu)理或化(hua)學上的(de)不相容(rong)性，而保(bao)證了基(ji)體相與(yu)增韌相(xiang)的熱力(li)學穩定(ding)性。對于(yu)氧化鋁(lü)陶瓷而(er)言😗，異向(xiang)生長晶(jing)粒增韌(ren)😸氧化鋁(lü)成爲克(ke)服氧化(hua)鋁陶瓷(ci)脆性的(de)研究熱(re)點。其主(zhu)要機理(li)是通過(guo)工藝措(cuo)施，控制(zhi)氧化鋁(lü)晶粒的(de)生長方(fang)向，使🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻其(qi)沿某些(xie)晶面優(you)勢生長(zhang)成棒狀(zhuang)、長柱狀(zhuang)，起到類(lei)似晶須(xu)的增韌(ren)作用。在(zai)💯受㊙️到外(wai)來載荷(he)時，裂紋(wen)尾部産(chan)生橋聯(lian)🔞方式；而(er)且這👧🏾些(xie)異向生(sheng)🧑🏾‍🎄長的氧(yang)化鋁也(ye)會産生(sheng)拔出、裂(lie)紋偏轉(zhuan)等增韌(ren)機制，而(er)使整🤶🏾個(ge)氧化😁鋁(lü)陶瓷的(de)韌性👋得(de)到提高(gao)。

四、相變(bian)增韌

這(zhe)是研究(jiu)比較早(zao)而且普(pu)遍的一(yi)種增韌(ren)方。它是(shi)人爲☠️地(di)在材料(liao)中造成(cheng)大量的(de)極細裂(lie)紋，以吸(xi)收能量(liang)、阻止裂(lie)紋擴展(zhan)。其中主(zhu)要集中(zhong)在ZrO2的的(de)馬氏體(ti)相變研(yan)究上👩🏽‍🐰‍👩🏿，比(bi)較成🔞功(gong)的有ZTA,ZTM等(deng)陶瓷材(cai)料。ZrO2彌散(san)在氧化(hua)鋁🚶🏾‍♀️‍➡️基體(ti)中，由🔞于(yu)二者的(de)線脹系(xi)數不同(tong)，冷卻時(shi)，ZrO2顆粒受(shou)👾到壓應(ying)力，相變(bian)受阻。而(er)後，在材(cai)料受到(dao)💫外力作(zuo)用時，ZrO2顆(ke)粒上的(de)壓力得(de)到松弛(chi)，四方💞相(xiang)轉變爲(wei)單斜相(xiang)，體積膨(peng)脹後在(zai)基體中(zhong)産生🏃🏻‍♀️微(wei)裂紋，而(er)吸收主(zhu)裂紋的(de)能量，達(da)到增韌(ren)效果。這(zhe)就是應(ying)力誘導(dao)相變增(zeng)韌機制(zhi)。

在增韌(ren)機理中(zhong)，除了ZrO2的(de)誘導相(xiang)變機制(zhi)外，相變(bian)産生體(ti)積膨脹(zhang)，在裂紋(wen)區域向(xiang)不發生(sheng)相變區(qu)擠壓現(xian)象，使裂(lie)紋呈閉(bi)合趨勢(shi)，擴展困(kun)難，也可(ke)以提高(gao)韌性。部(bu)分研究(jiu)人員用(yong)👩🏽‍🐰‍👩🏿體積分(fen)數爲10%——30%的(de)ZrO2制備ZTA陶(tao)瓷時發(fa)現，ZrO2用量(liang)在體積(ji)😌分數爲(wei)20%時增韌(ren)效果最(zui)好。

陶瓷(ci)增韌技(ji)術在未(wei)來的很(hen)長一段(duan)時間都(dou)将是材(cai)😝料🧑🏻‍❤️‍🧑🏼界的(de)熱點技(ji)術。陶瓷(ci)材料固(gu)有的高(gao)強度、耐(nai)高溫😁、低(di)膨脹系(xi)數等特(te)性☠️如果(guo)能夠再(zai)結合高(gao)韌性，那(na)将是材(cai)料界夢(meng)寐以求(qiu)的高性(xing)能材料(liao)，運用領(ling)域極爲(wei)廣泛。下(xia)面簡單(dan)介紹一(yi)下氧化(hua)鋁陶瓷(ci)的一些(xie)應用吧(ba)。

（一）機械(xie)方面

氧(yang)化鋁陶(tao)瓷燒結(jie)産品的(de)抗彎強(qiang)度可達(da)250MPa，熱壓産(chan)品可達(da)500MPa。氧化鋁(lü)陶瓷的(de)莫氏硬(ying)度可達(da)到9，加上(shang)具有優(you)良的抗(kang)磨損性(xing)能等，所(suo)以💑🏾廣泛(fan)地用于(yu)制造刀(dao)具、球閥(fa)、磨輪、陶(tao)瓷釘、軸(zhou)承等，其(qi)中以氧(yang)化鋁陶(tao)瓷刀具(ju)和工業(ye)用閥😗應(ying)用最廣(guang)。

氧化鋁(lü)陶瓷刀(dao)具

氧化(hua)鋁陶瓷(ci)刀具的(de)最佳切(qie)削速度(du)比一般(ban)的硬質(zhi)🚶🏾‍♀️‍➡️合金刀(dao)具高，可(ke)大幅提(ti)高對不(bu)同材料(liao)的切削(xue)效率。随(sui)着😁科學(xue)🤑工作者(zhe)的大量(liang)研究，添(tian)加其它(ta)成分構(gou)成☠️兩相(xiang)或以固(gu)溶體形(xing)式存在(zai)于基體(ti)之🔞中的(de)氧化鋁(lü)基複合(he)陶瓷和(he)晶須增(zeng)強陶瓷(ci)⛹🏻‍♂️中。這些(xie)技術彌(mi)補了✡️純(chun)氧化鋁(lü)陶瓷的(de)不足，從(cong)而提高(gao)了它的(de)切削性(xing)能😗和耐(nai)用度。

（二(er)）電子/電(dian)力方面(mian)

在電子(zi)、電力方(fang)面，有各(ge)種氧化(hua)鋁陶瓷(ci)底闆、基(ji)片、陶瓷(ci)🧛🏽膜🤑、透明(ming)陶瓷以(yi)及各種(zhong)氧化鋁(lü)陶瓷電(dian)絕緣瓷(ci)件、電子(zi)材料、磁(ci)性材料(liao)等，其中(zhong)以氧化(hua)鋁透明(ming)陶瓷和(he)👽基片應(ying)😝用最廣(guang)。

氧化鋁(lü)透明陶(tao)瓷

當前(qian)透明陶(tao)瓷是材(cai)料領域(yu)研究和(he)應用的(de)重要前(qian)沿方向(xiang)。透明陶(tao)瓷作爲(wei)一種新(xin)型材料(liao)，除了本(ben)身具有(you)寬範圍(wei)的透光(guang)性外，還(hai)🧜🏼‍♂️具有高(gao)熱導率(lü)、低電導(dao)率、高硬(ying)度、高強(qiang)度、低介(jie)電🧜🏼‍♀️常數(shu)和介電(dian)損耗、耐(nai)磨性和(he)👧🏾耐腐蝕(shi)性好等(deng)一系列(lie)優點。

氧(yang)化鋁陶(tao)瓷基片(pian)

氧化鋁(lü)陶瓷基(ji)片具有(you)機械強(qiang)度高、絕(jue)緣性好(hao)、避光性(xing)高等優(you)👾良💔性能(neng)，廣泛用(yong)于多層(ceng)布線陶(tao)瓷基片(pian)、電😁子封(feng)裝及高(gao)密度封(feng)裝基片(pian)。

（三）化工(gong)方面

在(zai)化工應(ying)用方面(mian)，氧化鋁(lü)陶瓷也(ye)有較廣(guang)泛的用(yong)途，如氧(yang)化鋁陶(tao)瓷化工(gong)填料球(qiu)、無機微(wei)濾膜、耐(nai)腐蝕塗(tu)層等，其(qi)中以氧(yang)化鋁陶(tao)瓷🔞膜和(he)塗層的(de)研究和(he)應用最(zui)多。

（四）醫(yi)學方面(mian)

在醫學(xue)方面，氧(yang)化鋁更(geng)多的是(shi)用于制(zhi)造人工(gong)骨、人工(gong)關節、人(ren)工牙齒(chi)等。氧化(hua)鋁陶瓷(ci)具有優(you)良的生(sheng)物🛌🏻相容(rong)性、生物(wu)惰性、理(li)🧑🏽‍🎄化穩定(ding)性及高(gao)硬度、高(gao)耐磨性(xing)，是制備(bei)人造骨(gu)🏊🏿‍♀️和人造(zao)關節的(de)理想材(cai)料。但它(ta)具有和(he)其他陶(tao)瓷材料(liao)一樣的(de)缺點如(ru)脆性大(da)、斷裂韌(ren)性低、機(ji)加工技(ji)🛌🏻術難度(du)高、工藝(yi)複雜等(deng)，因此需(xu)要進一(yi)👩🏽‍🐰‍👩🏿步研究(jiu)應用。

（五(wu)）建築/衛(wei)生/陶瓷(ci)方面

在(zai)建築衛(wei)生陶瓷(ci)方面，産(chan)品随處(chu)可見，如(ru)氧化鋁(lü)陶瓷襯(chen)磚、研磨(mo)✋介質、輥(gun)棒、陶瓷(ci)保護管(guan)以及氧(yang)化鋁質(zhi)耐火😝材(cai)料等。其(qi)👺中以👌氧(yang)化鋁球(qiu)磨介質(zhi)應用最(zui)廣。

材料(liao)科學的(de)魅力就(jiu)在于取(qu)長補短(duan)，造就理(li)想材料(liao)。氧化鋁(lü)陶瓷除(chu)了以上(shang)應用外(wai)，還廣泛(fan)應用于(yu)其它一(yi)些高科(ke)技領域(yu)，如👌航空(kong)航天、高(gao)溫工業(ye)爐、複合(he)增強等(deng)領域。在(zai)增💁🏼‍♀️韌技(ji)術的不(bu)斷發展(zhan)中，氧化(hua)鋁陶瓷(ci)材料必(bi)将具備(bei)更加優(you)良的性(xing)能，應用(yong)領👋域将(jiang)更加廣(guang)泛。