針對(duì)氧化鋁陶瓷材料的高脆低韌的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外研究工作者做了大量研究，根據(jù)陶瓷材料的裂紋擴(kuò)展行為及斷裂機(jī)理，可知克服陶瓷脆性的關(guān)鍵是有效減少裂紋源和合理控制裂紋擴(kuò)展速度；提高陶瓷材料自身抵抗裂紋擴(kuò)展能力和盡量避免應(yīng)力在裂紋尖端集中。目前關(guān)于氧化鋁陶瓷材料的增韌方式主要包括以下5點(diǎn)：
1、Al2O3 基陶瓷顆粒彌散增韌
納米顆粒彌散增韌是提高陶瓷材料強(qiáng)度和韌性最簡(jiǎn)單的增韌方式，根據(jù)添加顆粒的屬性可以分為剛性顆粒強(qiáng)化和延性顆粒強(qiáng)化。剛性顆粒多為非金屬陶瓷顆粒(非金屬粉末)，主要有TiC、SiC和Si3N4等。因?yàn)榉墙饘俜勰┚哂懈邚椥阅Ａ�，作為增韌相添加到Al2O3陶瓷基體中，形成的復(fù)合陶瓷材料的韌性強(qiáng)度要比單相Al2O3陶瓷高很多，特別是高溫?cái)嗔秧g性。延性顆粒強(qiáng)化Al2O3基陶瓷主要是以金屬顆粒作為增韌相添加到陶瓷材料的基體中。常見(jiàn)的金屬顆粒體系有：Cr/Al2O3、Fe/Al2O3、Ni/Al2O3和Mo/Al2O3等。延性金屬單質(zhì)或金屬間化合物顆粒作為增韌相，不僅可細(xì)化Al2O3晶粒，改善燒結(jié)性能，還能以多種方式阻礙裂紋的擴(kuò)展，如金屬粒子的拔出、塑性變形以及裂紋橋接、偏轉(zhuǎn)、釘扎等作用，進(jìn)而改善Al2O3陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。
2、Al2O3 基陶瓷層狀增韌；
人們由于受到自然界中貝殼微觀結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，萌生了層狀增韌陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的構(gòu)想。目前Al2O3基層狀增韌陶瓷基體大多是由多層彈性模量，線膨脹系數(shù)均不相同的材料構(gòu)成。這樣層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠在基體內(nèi)部形成眾多與應(yīng)力方向垂直的弱界面。在受到外載荷作用下，裂紋在層與層之間弱界面擴(kuò)展過(guò)程中會(huì)發(fā)生反復(fù)的僑接拐折，能夠提高材料的整體韌性和對(duì)缺陷敏感度。
3、Al2O3 基陶瓷自增韌
自增韌技術(shù)，就是在一定的工藝條件下，生長(zhǎng)出增韌、增強(qiáng)相。它在一定程度上消除了基體相與增韌相在物理或化學(xué)上的不相容性，而保證了基體相與增韌相的熱力學(xué)穩(wěn)定性。對(duì)于Al2O3基陶瓷自增韌技術(shù)主要通過(guò)在基體中引入添加劑或晶種兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)Al2O3基陶瓷增韌。引入晶種法是通過(guò)原位復(fù)合技術(shù)在氧化鋁原料中加入某種可以生成第二相的原料，控制生成條件和反應(yīng)過(guò)程，使添加的第二相原位生成晶粒長(zhǎng)徑比大、晶須均勻分布的晶片增強(qiáng)體。
對(duì)于Al2O3基陶瓷自增韌技術(shù)而言，如何優(yōu)化制備工藝，進(jìn)而生長(zhǎng)出性能優(yōu)異，呈三維網(wǎng)狀分布的棒狀、長(zhǎng)柱狀甚至針狀氧化鋁晶�；蛳嗳菪院玫钠渌艟В亲栽鲰g技術(shù)需要進(jìn)一步研究的方向。
4、Al2O3 基陶瓷微裂紋增韌
微裂紋增韌是指因熱膨脹失配或相變誘發(fā)出顯微裂紋，這些尺寸很小的微裂紋在主裂紋尖端過(guò)程區(qū)內(nèi)張開(kāi)而分散和吸收能量，使主裂紋擴(kuò)展阻力增大，從而使斷裂韌性提高。微裂紋增韌在眾多的復(fù)相陶瓷體系中得到證實(shí)，如ZrO2增韌Al2O3陶瓷材料。
顆粒與基體膨脹系數(shù)αp和αm，在顆粒與基體之間可能造成熱膨脹系數(shù)失配（Δα=αp–αm），顆粒受力。
當(dāng)Δα<0，顆粒受壓應(yīng)力，基體受拉應(yīng)力，裂紋通過(guò)基體擴(kuò)展；
當(dāng)Δα>0，顆粒受拉應(yīng)力，基體受壓應(yīng)力，裂紋通過(guò)顆粒擴(kuò)展（穿晶）；
但也有可能裂紋繞過(guò)顆粒在顆粒與基體界面擴(kuò)展（沿晶）。不管何種情況，裂紋均增加了擴(kuò)展的路徑，因此增加了裂紋擴(kuò)展的阻力，消耗了能量（新的表面），提高了材料的韌性。
5、Al2O3 基陶瓷晶須(纖維)增韌
晶須(纖維)增韌Al2O3基陶瓷較其它增韌方法相比是迄今為止增韌效果最好方法�？梢酝ㄟ^(guò)外加晶須(纖維)法和原位生長(zhǎng)晶須(纖維)法添加到Al2O3陶瓷基體中混合成形燒結(jié)得到增韌陶瓷。晶須(纖維)除了可以來(lái)分擔(dān)外加的載荷還能與陶瓷基體的弱界面結(jié)合吸收系統(tǒng)外來(lái)能量，從而改善陶瓷材料脆性。
增韌主要機(jī)理為:
裂紋橋聯(lián)機(jī)制：裂紋在基體擴(kuò)展的過(guò)程中，晶須(纖維)可以將裂紋尖端區(qū)域和基體界面開(kāi)裂區(qū)域裂紋橋聯(lián)起來(lái)，在裂紋的表面形成閉合應(yīng)力，可有效抑制裂紋擴(kuò)展；
裂紋偏轉(zhuǎn)機(jī)制：裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中遇到晶須纖維界面等時(shí)，裂紋只能沿結(jié)合較弱的界面擴(kuò)散，因此裂紋在材料基體中的擴(kuò)展路程增長(zhǎng)，能夠吸收更多的斷裂能量；
拔出效應(yīng)機(jī)制：當(dāng)基體受到外載荷時(shí)，基體傳向晶須的力會(huì)在界面開(kāi)裂區(qū)和晶粒拔出區(qū)二者界面上產(chǎn)生剪應(yīng)力。應(yīng)力的持續(xù)增大會(huì)導(dǎo)致晶粒斷裂從基體中拔出，晶粒拔出的過(guò)程中界面摩擦?xí)黾油饨巛d荷能量消耗，減小裂紋在基體中擴(kuò)展速度。
發(fā)布時(shí)間：2020-04-25 點(diǎn)擊數(shù)： 
