在超(chao)過2000℃熔點的氧(yang)化物中，氧化(huà)鋁陶瓷是最(zui)靈活和廉價(jià)的💰材料。氧化(hua)鋁陶瓷是一(yī)種以氧化鋁(lü)（氧化鋁）爲主(zhǔ)體的陶瓷材(cai)料。氧化鋁陶(táo)瓷機械強度(du)高、硬度大、高(gao)頻介電損耗(hào)小，又因爲它(tā)的原料來源(yuán)廣、價格相對(dui)便宜、加工技(ji)術較爲成熟(shú)，因此，它被廣(guang)泛地應💯用于(yú)電子、電器、機(jī)械、紡織和航(hang)空航天等領(ling)域。這也奠定(dìng)了它在陶瓷(ci)材料領域的(de)♈地位。據悉，氧(yang)化鋁陶瓷是(shì)目前世界上(shang)用量最大的(de)氧化✨物陶瓷(ci)材料。

氧化鋁(lü)陶瓷材料的(de)結構屬于剛(gāng)玉型，其本身(shēn)具有☔離子鍵(jian)的特性，使得(de)滑移系統遠(yuǎn)沒有金屬那(na)麽多，這導緻(zhì)其缺乏一定(ding)👨‍❤️‍👨的韌性、塑性(xìng)。所以表現出(chū)的斷裂韌性(xing)較低，這大大(da)地限制了氧(yǎng)化鋁陶瓷的(de)廣泛應用。那(nà)麽氧化鋁陶(tao)瓷的主要增(zēng)韌方法有哪(na)些？

一、層狀結(jie)構增韌

天然(rán)材料如竹子(zǐ)、貝殼等，綜合(hé)性能很好，是(shi)因其結構呈(chéng)🏃‍♂️層狀分布。人(rén)們從這些天(tiān)然結構得到(dao)啓示，采用仿(pang)生結構來改(gǎi)善🚩陶瓷材料(liao)的脆性，提高(gao)其韌性。層狀(zhuàng)複合陶瓷材(cái)料是由多層(céng)🐇材料組成。各(gè)層的彈🥵性模(mó)量、線脹系數(shù)不同，進而導(dao)緻層間産生(shēng)宏觀應力，在(zài)表面産生壓(yā)應力。受到外(wai)力作用時，能(neng)最大限度地(dì)吸收應變㊙️能(néng)，并且使裂紋(wen)🌈沿界面産生(sheng)反複偏轉、拐(guǎi)折。以♊此達到(dao)🛀提高表面性(xìng)能和整體韌(ren)性的目的。

例(li)如：氧化鋁/Ni層(ceng)狀陶瓷，利用(yong)鎳的線脹系(xi)數約爲氧化(huà)鋁的)倍💛，在氧(yǎng)化鋁層産生(shēng)應壓力，裂紋(wen)偏轉能力大(dà)，所以該材料(liào)😄有較☀️好的🔞韌(ren)性。層狀陶瓷(cí)是一新型材(cái)料，前景廣闊(kuò)，但其缺點主(zhu)要是弱夾層(ceng)會降低材😄料(liao)強度，平🤩行和(hé)垂直于夾層(ceng)方♋向的性質(zhì)🐪差别較大，呈(cheng)各向異性。所(suǒ)以業内專家(jiā)提出了采📐用(yòng)強夾層的🌈思(sī)路，制備出了(le)ZTA/ 氧化鋁強夾(jiá)層，沖擊韌性(xing)達10 Mpa.m1/2以上，是ZTA材(cái)料的2.8倍，氧化(huà)鋁陶瓷的🐆5.6倍(bèi)。一些科學家(jiā)通過計算機(ji)🔞對層狀複合(he)陶瓷✌️進行了(le)模拟，發現如(ru)果軟層材料(liao)的強度太高(gao)、太低都會降(jiang)低整體韌性(xing)，而提高硬✌️、軟(ruan)層層厚和彈(dàn)性模量之比(bǐ)，硬層均勻性(xing)均可提高✌️陶(táo)瓷韌性。這爲(wei)層狀增韌陶(tao)瓷提供了一(yī)定的研究💜思(sī)路和優化途(tú)徑。

二、纖維複(fu)合增韌

研究(jiu)表明，連續纖(xian)維對陶瓷的(de)增韌效率較(jiao)其他增🍓韌方(fāng)法📞大💘，是迄今(jin)爲止陶瓷系(xi)列所能達到(dào)的最高韌性(xìng)🚶‍♀️，可以達20Mpa.m1/2左右(you)，因㊙️此是💋改善(shàn)陶瓷材料脆(cui)性非常🏃🏻有效(xiào)的途徑。該方(fāng)法把☂️強度、彈(dan)性模量較高(gao)的纖維分散(san)在陶瓷基體(tǐ)中📧。複合材料(liào)👄在外力作用(yòng)下，一部分載(zai)荷由纖維承(cheng)擔，以此來減(jiǎn)輕基體本身(shen)的負荷🈲。而且(qie)，基體中的纖(xiān)維在承受力(li)☁️大于其強度(du)發㊙️生斷裂時(shí)，纖維産生拔(ba)♌出機制。此外(wai)，這些纖維在(zai)基體中也存(cun)在裂紋橋聯(lián)、偏轉來阻止(zhǐ)裂紋的擴展(zhǎn)。這3種增韌機(ji)制共同作用(yòng)使陶瓷材料(liào)的韌性提高(gao)很多。

目前，用(yòng)于氧化鋁陶(tao)瓷的纖維主(zhu)要由碳纖維(wéi)、碳化矽纖💰維(wéi)、矽㊙️酸鋁纖維(wei)等多種。研究(jiu)發現，提高纖(xian)維的長徑比(bi)可🈲提高🔱增韌(rèn)效果。在纖維(wei)的使用形式(shi)上，采用纖維(wei)，的三維編織(zhī)物🌍增韌效果(guǒ)較好。與纖維(wéi)類似，目前采(cai)用晶須增韌(rèn)氧化鋁瓷的(de)也較多，效果(guǒ)也很好。因晶(jīng)須是以單晶(jīng)結構生長、直(zhí)徑極小（通常(chang)小于3 um）的短纖(xiān)維。其晶㊙️體缺(que)陷少，原子排(pai)列高度有序(xù)，強度接近相(xiang)鄰💰原子間⁉️成(cheng)鍵力的理論(lùn)值。理論和實(shi)踐證明，把它(ta)應用于陶瓷(ci)的增韌，對提(tí)高韌性♍有一(yi)定作♈用。如把(ba)碳化矽晶須(xū)（體積分數可(kě)達20%——30%）引入氧化(hua)鋁基陶瓷中(zhong)，段韌性可達(da)8——8.5 Mpa.m1/2。

晶須增韌的(de)機制除了拔(bá)出、裂紋偏轉(zhuan)、裂紋橋聯、釘(dìng)紮等機制外(wai)🏃‍♂️，自身強度高(gao)也是一個原(yuán)因。因此在理(lǐ)論上，提高晶(jing)須強度、降低(dī)其彈性模量(liang)，提高長徑比(bǐ)能提高增韌(rèn)效果。纖維、晶(jīng)須增韌氧化(huà)鋁瓷的缺點(dian)就是混合均(jun1)勻性很難保(bǎo)證。

三、自增韌(rèn)

所謂自增韌(rèn)，就是在一定(dìng)的工藝條件(jian)下，生長出增(zeng)韌🔴、增強相。它(ta)在一定程度(du)上消除了基(ji)體相與增韌(ren)相在物理或(huò)化學上的不(bú)相容性，而保(bao)證了基體相(xiàng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻與增韌相的(de)熱力學穩定(dìng)性。對于氧化(hua)鋁陶瓷而言(yan)，異向生長晶(jing)粒增韌氧化(hua)鋁成爲克服(fú)氧🚩化鋁陶瓷(ci)脆性的研究(jiu)熱點。其主要(yao)🤩機理是通過(guò)🙇🏻工藝措施，控(kòng)制氧化鋁晶(jing)粒㊙️的生長方(fang)向，使☎️其沿某(mǒu)些晶面優勢(shì)生長成棒狀(zhuang)、長柱狀，起到(dao)類似晶須的(de)增韌作用。在(zài)受到外來載(zai)荷時，裂紋尾(wěi)部産生橋聯(lián)方式；而且這(zhe)些異向生長(zhang)的氧化鋁也(ye)會産生拔出(chū)、裂紋偏轉等(děng)增韌機制，而(er)使整♌個氧化(huà)鋁陶瓷的韌(rèn)性得到提高(gāo)。

四、相變增韌(rèn)

這是研究比(bǐ)較早而且普(pǔ)遍的一種增(zēng)韌方。它是人(rén)‼️爲㊙️地在材料(liào)❌中造成大量(liang)的極細裂紋(wen)，以吸收能量(liang)、阻止🍓裂紋擴(kuò)展。其中主要(yào)集中在ZrO2的的(de)馬氏體相變(bian)📐研究上，比較(jiào)成功的有ZTA,ZTM等(deng)陶瓷材料。ZrO2彌(mí)散在氧化鋁(lǚ)基體中，由于(yú)二者的線脹(zhang)系數🤞不同，冷(leng)卻時，ZrO2顆粒受(shòu)到壓應力，相(xiàng)變受阻。而後(hòu)，在材料受到(dao)‼️外力作用時(shi)👅，ZrO2顆粒上的壓(yā)力🐪得到松弛(chi)，四方㊙️相轉變(biàn)爲單斜相，體(tǐ)🔴積膨脹後在(zài)基體🍉中産生(shēng)微裂紋，而吸(xi)收主裂紋的(de)能量，達到增(zēng)韌效果。這就(jiu)是應力誘導(dǎo)相變增韌機(ji)制。

在增韌機(ji)理中，除了ZrO2的(de)誘導相變機(ji)制外，相變産(chǎn)生體積膨脹(zhàng)，在裂紋區域(yu)向不發生相(xiàng)變區擠壓現(xiàn)象，使裂❌紋呈(cheng)閉合趨勢，擴(kuò)展困難，也可(kě)以提高韌性(xìng)。部🤞分研究🌐人(ren)員用體積分(fèn)數爲10%——30%的ZrO2制備(bèi)ZTA陶瓷時發現(xiàn)，ZrO2用量在體積(jī)分數爲20%時增(zēng)韌效果💔最好(hǎo)。

陶瓷增韌技(ji)術在未來的(de)很長一段時(shi)間都将是材(cai)料界的熱👣點(diǎn)技術。陶瓷材(cai)料固有的高(gāo)強度、耐高溫(wēn)、低膨脹系數(shù)等特性🐕如果(guǒ)能夠再結合(hé)高韌性，那将(jiāng)是材料界夢(mèng)寐以求的高(gāo)性能材料，運(yun)用領域極爲(wei)廣泛。下面簡(jian)單介紹一下(xià)氧化🈲鋁陶瓷(ci)的一些應用(yong)吧。

（一）機械方(fāng)面

氧化鋁陶(tao)瓷燒結産品(pǐn)的抗彎強度(dù)可達250MPa，熱壓産(chǎn)品可達500MPa。氧☁️化(hua)🆚鋁陶瓷的莫(mo)氏硬度可達(dá)到9，加上具有(you)優良的抗磨(mó)損性能等，所(suǒ)以廣泛地用(yòng)于制造刀具(jù)、球閥、磨輪、陶(táo)瓷釘、軸承等(děng)，其中以氧化(huà)鋁陶瓷刀具(ju)和工業用閥(fá)應用最廣。

氧(yang)化鋁陶瓷刀(dao)具

氧化鋁陶(tao)瓷刀具的最(zuì)佳切削速度(dù)比一般的硬(ying)質合金刀🚩具(ju)高，可大幅提(tí)高對不同材(cai)料的切削效(xiào)率。随着科學(xue)工作者的大(dà)量研究，添加(jiā)其它成分構(gou)成🐅兩相或以(yǐ)固溶體形式(shi)💔存在于基體(tǐ)之🛀🏻中的氧化(hua)鋁基複合陶(táo)瓷和晶須增(zēng)強陶瓷中。這(zhe)些技術彌補(bǔ)了純氧化鋁(lǚ)陶瓷的不足(zu)，從而提高了(le)它的切削性(xìng)能☂️和耐用度(dù)。

（二）電子/電力(lì)方面

在電子(zi)、電力方面，有(you)各種氧化鋁(lǚ)陶瓷底闆、基(jī)片、陶瓷膜、透(tou)明陶瓷以及(ji)各種氧化鋁(lǚ)陶瓷電絕緣(yuán)瓷件、電子😘材(cai)料、磁性材料(liao)等，其中以氧(yǎng)化鋁透明陶(táo)瓷和👨‍❤️‍👨基片應(yīng)用最廣。

氧化(huà)鋁透明陶瓷(ci)

當前透明陶(táo)瓷是材料領(ling)域研究和應(yīng)用的重要前(qián)沿方向。透明(míng)陶瓷作爲一(yi)種新型材料(liao)，除了本身具(jù)🛀🏻有寬🚶‍♀️範圍的(de)透光性外，還(hai)具有高熱導(dǎo)率、低電導率(lü)、高硬度⭐、高強(qiáng)度、低介電常(chang)數和介電損(sǔn)耗、耐磨性和(he)耐腐蝕性好(hǎo)等一系列優(yōu)點。

氧化鋁陶(táo)瓷基片

氧化(huà)鋁陶瓷基片(pian)具有機械強(qiáng)度高、絕緣性(xing)好、避光性高(gāo)等優良❤️性能(neng)，廣泛用于多(duo)層布線陶瓷(ci)基片、電子封(fēng)裝及💯高密度(dù)封裝基🐉片。

（三(san)）化工方面

在(zai)化工應用方(fāng)面，氧化鋁陶(táo)瓷也有較廣(guǎng)泛的用途，如(rú)氧🛀化鋁陶瓷(cí)化工填料球(qiú)、無機微濾膜(mó)、耐腐蝕塗層(ceng)等，其中以氧(yang)化鋁陶瓷膜(mó)和塗層的研(yan)究和應用最(zui)多。

（四）醫學方(fang)面

在醫學方(fāng)面，氧化鋁更(gèng)多的是用于(yú)制造人工骨(gǔ)、人工關節、人(rén)工牙齒等。氧(yang)化鋁陶瓷具(jù)有優良的生(shēng)物相容性、生(shēng)物惰性、理❗化(hua)穩㊙️定性及高(gao)硬度、高耐磨(mó)性，是制備人(ren)造骨和人造(zào)關節的理想(xiang)材料。但它具(ju)有和其他陶(tao)瓷材料一🔱樣(yàng)的缺點如脆(cui)性大、斷裂韌(rèn)性低、機加工(gōng)技術難度高(gao)、工💯藝複雜等(děng)，因此需要進(jin)一步研究應(ying)用。

（五）建築/衛(wei)生/陶瓷方面(mian)

在建築衛生(sheng)陶瓷方面，産(chǎn)品随處可見(jian)，如氧化鋁陶(táo)瓷襯🏒磚、研磨(mó)✍️介質、輥棒、陶(tao)瓷保護管以(yi)及氧化鋁質(zhì)耐火🤞材料等(deng)。其中以氧化(hua)鋁球磨介質(zhì)應用最廣。

材(cai)料科學的魅(mei)力就在于取(qǔ)長補短，造就(jiu)理想材料。氧(yang)化鋁陶瓷除(chú)了以上應用(yòng)外，還廣泛應(ying)用于其它一(yi)些高科技領(ling)域，如航空航(háng)天、高溫工業(yè)爐、複合增強(qiang)等領域。在增(zēng)韌技術的不(bu)斷發展中💁，氧(yang)化鋁陶瓷材(cai)料必将具備(bèi)更加優良的(de)性⭕能，應用領(ling)域将更加廣(guang)泛。