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在(zai)超過(guo)2000℃熔點(dian)的氧(yang)化物(wu)中，氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)是最(zui)靈活(huo)和🏃🏻♀️廉(lian)🎅🏿價👿的(de)材料(liao)。氧化(hua)鋁陶(tao)瓷是(shi)一種(zhong)以氧(yang)化鋁(lü)（氧化(hua)鋁）爲(wei)主體(ti)的陶(tao)瓷🏊🏾♀️材(cai)料。氧(yang)化👩🍼鋁(lü)陶瓷(ci)機械(xie)強度(du)高、硬(ying)度大(da)、高頻(pin)介電(dian)損耗(hao)小，又(you)✡️因爲(wei)它的(de)原料(liao)👨🏻🏭來源(yuan)廣、價(jia)格相(xiang)對便(bian)宜、加(jia)工技(ji)術較(jiao)爲成(cheng)熟，因(yin)此，它(ta)被廣(guang)泛地(di)應用(yong)于電(dian)子、電(dian)器、機(ji)械、紡(fang)織🔞和(he)航空(kong)航天(tian)等領(ling)域。這(zhe)也👩🍼奠(dian)定了(le)它在(zai)陶…瓷(ci)材料(liao)領域(yu)的😈地(di)位。據(ju)悉，氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)是目(mu)前世(shi)界上(shang)用量(liang)最大(da)的氧(yang)化物(wu)陶瓷(ci)材料(liao)。
氧化(hua)鋁陶(tao)瓷材(cai)料的(de)結構(gou)屬于(yu)剛玉(yu)型，其(qi)本身(shen)具有(you)㊙️離子(zi)鍵的(de)特性(xing)，使得(de)滑移(yi)系統(tong)遠沒(mei)有金(jin)屬那(na)麽多(duo)，這導(dao)緻其(qi)缺乏(fa)一定(ding)的韌(ren)性、塑(su)性。所(suo)以表(biao)現出(chu)的斷(duan)裂韌(ren)性較(jiao)低，這(zhe)大大(da)地限(xian)制了(le)氧化(hua)鋁陶(tao)瓷的(de)廣泛(fan)應用(yong)。那麽(me)氧化(hua)鋁陶(tao)瓷的(de)主要(yao)增韌(ren)方法(fa)🥑️有哪(na)些？
一(yi)、層狀(zhuang)結構(gou)增韌(ren)
天然(ran)材料(liao)如竹(zhu)子、貝(bei)殼等(deng)，綜合(he)性能(neng)很好(hao)，是因(yin)其結(jie)構呈(cheng)層狀(zhuang)分🙂↕️布(bu)。人們(men)從這(zhe)些天(tian)然結(jie)構得(de)到啓(qi)示，采(cai)🧑🏾🎄用仿(pang)🤑生結(jie)構來(lai)改善(shan)陶瓷(ci)材料(liao)的脆(cui)性，提(ti)高其(qi)韌性(xing)。層狀(zhuang)複合(he)陶瓷(ci)材料(liao)是由(you)多層(ceng)材料(liao)組👨🦰成(cheng)。各層(ceng)的彈(dan)👿性模(mo)量、線(xian)脹系(xi)數不(bu)同，進(jin)而導(dao)緻層(ceng)間産(chan)生宏(hong)觀應(ying)力，在(zai)表面(mian)産生(sheng)壓應(ying)力。受(shou)到外(wai)力作(zuo)用時(shi)，能最(zui)大限(xian)度地(di)吸收(shou)應變(bian)能，并(bing)且使(shi)裂紋(wen)沿界(jie)面産(chan)生反(fan)複偏(pian)轉、拐(guai)折。以(yi)💔此達(da)到提(ti)高表(biao)面性(xing)能和(he)整體(ti)韌性(xing)的目(mu)的👩🏿❤️💋👨🏽。
例(li)如：氧(yang)化鋁(lü)/Ni層狀(zhuang)陶瓷(ci)，利用(yong)鎳的(de)線脹(zhang)系數(shu)約爲(wei)氧化(hua)😸鋁💫的(de))倍，在(zai)氧化(hua)鋁層(ceng)産生(sheng)應壓(ya)力，裂(lie)紋偏(pian)轉能(neng)力大(da)，所以(yi)該材(cai)料有(you)較🧑🏾🎄好(hao)的韌(ren)性。層(ceng)狀陶(tao)瓷是(shi)一新(xin)型💌材(cai)料，前(qian)景廣(guang)闊，但(dan)其缺(que)點主(zhu)要是(shi)弱夾(jia)🏊🏿♀️層會(hui)降低(di)材料(liao)強度(du)，平行(hang)和垂(chui)直于(yu)夾層(ceng)方向(xiang)的性(xing)質🤑差(cha)别較(jiao)大👾，呈(cheng)各向(xiang)異性(xing)。所以(yi)業内(nei)專家(jia)提出(chu)了采(cai)用強(qiang)夾層(ceng)的思(si)路，制(zhi)備出(chu)了😸ZTA/ 氧(yang)化鋁(lü)強夾(jia)層，沖(chong)擊韌(ren)性達(da)10 Mpa.m1/2以上(shang)，是ZTA材(cai)料的(de)2.8倍，氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)的5.6倍(bei)。一些(xie)科學(xue)家通(tong)過計(ji)算機(ji)對層(ceng)狀複(fu)合陶(tao)瓷進(jin)行了(le)模拟(ni)，發現(xian)如果(guo)軟層(ceng)材料(liao)的強(qiang)度太(tai)高、太(tai)低都(dou)會降(jiang)低整(zheng)體韌(ren)性，而(er)提高(gao)硬☠️、軟(ruan)層層(ceng)厚和(he)彈性(xing)模量(liang)之比(bi)，硬層(ceng)均勻(yun)性均(jun)可提(ti)高陶(tao)瓷韌(ren)性。這(zhe)😺爲層(ceng)狀增(zeng)韌陶(tao)瓷提(ti)供了(le)一定(ding)的研(yan)究思(si)路和(he)優化(hua)途徑(jing)。
二、纖(xian)維複(fu)合增(zeng)韌
研(yan)究表(biao)明，連(lian)續纖(xian)維對(dui)陶瓷(ci)的增(zeng)韌效(xiao)率較(jiao)其他(ta)增韌(ren)方法(fa)…大，是(shi)迄今(jin)爲止(zhi)陶瓷(ci)系列(lie)所能(neng)達到(dao)的最(zui)高韌(ren)性，可(ke)以達(da)20Mpa.m1/2左右(you)，因此(ci)是改(gai)善陶(tao)瓷材(cai)料脆(cui)性非(fei)常😍有(you)效的(de)途徑(jing)。該方(fang)法把(ba)強度(du)、彈性(xing)模量(liang)較高(gao)的纖(xian)維分(fen)散在(zai)陶瓷(ci)基體(ti)中🧎🏻♀️➡️。複(fu)合材(cai)料在(zai)外力(li)作用(yong)下，一(yi)部分(fen)載荷(he)由纖(xian)🏃🏻♀️維承(cheng)擔，以(yi)此來(lai)減輕(qing)基體(ti)本身(shen)的負(fu)荷。而(er)且，基(ji)體中(zhong)的纖(xian)維在(zai)承受(shou)力大(da)于其(qi)強度(du)發生(sheng)斷裂(lie)時，纖(xian)維産(chan)生拔(ba)💔出機(ji)制🧑🏽❤️💋🧑🏻。此(ci)外，這(zhe)些👩🏿❤️💋👨🏽纖(xian)維在(zai)基體(ti)中ˇ也(ye)存在(zai)裂紋(wen)橋聯(lian)、偏轉(zhuan)來阻(zu)止裂(lie)紋的(de)🙂↕️擴展(zhan)。這3種(zhong)增韌(ren)機制(zhi)共同(tong)作用(yong)使陶(tao)瓷材(cai)料😁的(de)韌性(xing)提高(gao)很多(duo)。
目前(qian)，用于(yu)氧化(hua)鋁陶(tao)瓷的(de)纖維(wei)主要(yao)由碳(tan)纖維(wei)、碳化(hua)矽纖(xian)維、矽(xi)酸鋁(lü)纖維(wei)等多(duo)種。研(yan)究發(fa)現，提(ti)高纖(xian)維的(de)🧜🏼♀️長徑(jing)😈比可(ke)提高(gao)增韌(ren)效果(guo)。在纖(xian)維的(de)使用(yong)形式(shi)上，采(cai)用纖(xian)維，的(de)三維(wei)編織(zhi)物增(zeng)韌效(xiao)果較(jiao)好。與(yu)纖維(wei)類似(si)，目前(qian)采用(yong)晶須(xu)增韌(ren)氧化(hua)鋁瓷(ci)的也(ye)較多(duo)，效果(guo)也很(hen)好。因(yin)晶須(xu)是以(yi)單晶(jing)結構(gou)💔生長(zhang)、直徑(jing)極🤶🏾小(xiao)（通常(chang)小于(yu)3 um）的短(duan)纖維(wei)。其晶(jing)體缺(que)陷少(shao)，原子(zi)🏊🏾♀️排列(lie)高度(du)有序(xu)，強度(du)接近(jin)相鄰(lin)原子(zi)間成(cheng)鍵力(li)的理(li)論值(zhi)。理論(lun)和實(shi)踐證(zheng)明，把(ba)它應(ying)用于(yu)陶瓷(ci)的增(zeng)韌，對(dui)提高(gao)韌💁🏼♀️性(xing)有一(yi)定作(zuo)用。如(ru)把碳(tan)化矽(xi)晶須(xu)（體🤑積(ji)分數(shu)可達(da)20%——30%）引入(ru)氧化(hua)鋁基(ji)♌️陶瓷(ci)中，段(duan)韌性(xing)可達(da)8——8.5 Mpa.m1/2。
晶須(xu)增韌(ren)的機(ji)制除(chu)了拔(ba)出、裂(lie)紋偏(pian)轉、裂(lie)紋橋(qiao)聯、釘(ding)紮等(deng)🧛🏽機制(zhi)外，自(zi)身強(qiang)度高(gao)也是(shi)一個(ge)原因(yin)。因此(ci)在理(li)論上(shang)，提高(gao)晶須(xu)強度(du)😸、降低(di)其彈(dan)性模(mo)量，提(ti)高長(zhang)徑比(bi)⛹🏻♀️能提(ti)高增(zeng)韌效(xiao)果。纖(xian)維😜、晶(jing)須增(zeng)韌氧(yang)化鋁(lü)瓷的(de)缺點(dian)就是(shi)混合(he)均勻(yun)性很(hen)難保(bao)證。
三(san)、自增(zeng)韌
所(suo)謂自(zi)增韌(ren)，就是(shi)在一(yi)定的(de)工藝(yi)條件(jian)下，生(sheng)長出(chu)增韌(ren)👨🦰、增強(qiang)相。它(ta)在一(yi)定程(cheng)度上(shang)消除(chu)了基(ji)體相(xiang)與增(zeng)韌👨🦰相(xiang)在🧑🏾🎄物(wu)理或(huo)化學(xue)上👩🏽🐰👩🏿的(de)不相(xiang)容性(xing)，而保(bao)證了(le)基體(ti)相😵💫與(yu)增韌(ren)😺相的(de)熱力(li)學穩(wen)定性(xing)。對于(yu)氧化(hua)鋁陶(tao)瓷而(er)言，異(yi)向生(sheng)長晶(jing)粒增(zeng)韌🧑🏽🎄氧(yang)化鋁(lü)成爲(wei)克服(fu)氧化(hua)鋁陶(tao)瓷脆(cui)性的(de)研究(jiu)🏊🏾♀️熱點(dian)。其主(zhu)要機(ji)理是(shi)通過(guo)工藝(yi)措施(shi)，控制(zhi)氧化(hua)鋁晶(jing)粒的(de)生長(zhang)方向(xiang)，使其(qi)沿某(mou)些晶(jing)面優(you)勢👧🏾生(sheng)長成(cheng)棒狀(zhuang)、長柱(zhu)狀，起(qi)到類(lei)似晶(jing)須的(de)增韌(ren)作用(yong)。在🧑🏾🎄受(shou)到外(wai)來載(zai)荷時(shi)，裂🥑️紋(wen)尾部(bu)産生(sheng)橋聯(lian)方式(shi)；而且(qie)這些(xie)異向(xiang)生長(zhang)的氧(yang)化鋁(lü)也會(hui)産生(sheng)拔出(chu)、裂紋(wen)偏轉(zhuan)等增(zeng)韌機(ji)制，而(er)使整(zheng)個氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)的韌(ren)性得(de)到提(ti)高。
四(si)、相變(bian)增韌(ren)
這是(shi)研究(jiu)比較(jiao)早而(er)且普(pu)遍的(de)一種(zhong)增韌(ren)方。它(ta)是人(ren)爲地(di)在材(cai)料😵💫中(zhong)造成(cheng)大量(liang)的極(ji)細裂(lie)紋，以(yi)吸收(shou)能量(liang)、阻止(zhi)裂紋(wen)擴展(zhan)。其中(zhong)主要(yao)👽集中(zhong)在ZrO2的(de)的馬(ma)氏體(ti)相變(bian)研究(jiu)上，比(bi)較成(cheng)功的(de)有ZTA,ZTM等(deng)陶瓷(ci)材料(liao)。ZrO2彌散(san)在氧(yang)化鋁(lü)基體(ti)中，由(you)👩🏽🐰👩🏿于二(er)者的(de)線脹(zhang)系數(shu)不同(tong)，冷卻(que)時，ZrO2顆(ke)粒受(shou)到壓(ya)應力(li)，相🏃🏻♀️變(bian)受阻(zu)。而後(hou)，在材(cai)料受(shou)到外(wai)力作(zuo)用時(shi)，ZrO2顆粒(li)上的(de)壓力(li)得到(dao)松弛(chi)，四方(fang)相轉(zhuan)變爲(wei)單斜(xie)相，體(ti)積膨(peng)脹後(hou)⛹🏻♀️在基(ji)體✋中(zhong)産生(sheng)微裂(lie)紋，而(er)吸收(shou)主裂(lie)紋的(de)能量(liang)，達到(dao)增韌(ren)效果(guo)。這就(jiu)是應(ying)力誘(you)導👩🏿❤️💋👨🏽相(xiang)變增(zeng)韌機(ji)制。
在(zai)增韌(ren)機理(li)中，除(chu)了ZrO2的(de)誘導(dao)相變(bian)機制(zhi)外，相(xiang)變産(chan)生體(ti)積膨(peng)脹，在(zai)裂紋(wen)區域(yu)向不(bu)發生(sheng)相變(bian)區擠(ji)壓現(xian)象，使(shi)裂紋(wen)呈閉(bi)合🙂↕️趨(qu)勢，擴(kuo)展困(kun)難，也(ye)可以(yi)提高(gao)韌性(xing)。部🙈分(fen)研究(jiu)人員(yuan)用👩🏽🐰👩🏿體(ti)積分(fen)數爲(wei)10%——30%的ZrO2制(zhi)備ZTA陶(tao)瓷時(shi)發現(xian)，ZrO2用量(liang)在體(ti)積分(fen)數爲(wei)20%時😈增(zeng)韌效(xiao)果最(zui)好。
陶(tao)瓷增(zeng)韌技(ji)術在(zai)未來(lai)的很(hen)長一(yi)段時(shi)間都(dou)将是(shi)材料(liao)界的(de)熱點(dian)👽技術(shu)。陶瓷(ci)材料(liao)固有(you)的高(gao)強度(du)、耐高(gao)溫🏃🏻♀️、低(di)膨脹(zhang)系😁數(shu)等…特(te)性如(ru)果能(neng)夠再(zai)結合(he)高韌(ren)性，那(na)将是(shi)材料(liao)界夢(meng)寐以(yi)求的(de)高性(xing)能材(cai)料，運(yun)用領(ling)域極(ji)爲~廣(guang)泛。下(xia)面簡(jian)單介(jie)紹一(yi)下氧(yang)化✡️鋁(lü)陶瓷(ci)的一(yi)些應(ying)用😁吧(ba)。
（一）機(ji)械方(fang)面
氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)燒結(jie)産品(pin)的抗(kang)彎強(qiang)度可(ke)達250MPa，熱(re)壓産(chan)品可(ke)😌達500MPa。氧(yang)👺化👨🦰鋁(lü)陶瓷(ci)的莫(mo)氏硬(ying)度可(ke)達到(dao)9，加上(shang)具有(you)優🧑🏽❤️💋🧑🏻良(liang)的抗(kang)磨損(sun)性能(neng)等🔞，所(suo)以廣(guang)泛地(di)用于(yu)制造(zao)刀具(ju)、球閥(fa)、磨輪(lun)、陶瓷(ci)釘、軸(zhou)承等(deng)，其中(zhong)以氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)刀具(ju)和工(gong)業用(yong)閥應(ying)用最(zui)廣。
氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)刀具(ju)
氧化(hua)鋁陶(tao)瓷刀(dao)具的(de)最佳(jia)切削(xue)速度(du)比一(yi)般的(de)硬質(zhi)合金(jin)刀具(ju)高，可(ke)大幅(fu)提高(gao)對不(bu)同材(cai)料的(de)切削(xue)效率(lü)。随着(zhe)科學(xue)工作(zuo)者的(de)大量(liang)研究(jiu)，添加(jia)其它(ta)成分(fen)構成(cheng)兩相(xiang)或以(yi)固溶(rong)體形(xing)式存(cun)在于(yu)👽基體(ti)之中(zhong)的氧(yang)化鋁(lü)基複(fu)合陶(tao)瓷和(he)晶須(xu)增強(qiang)陶瓷(ci)中。這(zhe)些技(ji)😸術彌(mi)補了(le)純氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)的不(bu)足，從(cong)而提(ti)高了(le)它🙉的(de)切削(xue)性能(neng)和耐(nai)用度(du)。
（二）電(dian)子/電(dian)力方(fang)面
在(zai)電子(zi)、電力(li)方面(mian)，有各(ge)種氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)底闆(pan)、基片(pian)、陶瓷(ci)膜、透(tou)明陶(tao)瓷以(yi)及各(ge)種氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)電絕(jue)緣瓷(ci)件😥、電(dian)子🔞材(cai)料、磁(ci)性材(cai)料等(deng)，其中(zhong)以氧(yang)化鋁(lü)透明(ming)陶瓷(ci)和👼🏾基(ji)片應(ying)用最(zui)廣。
氧(yang)化鋁(lü)透明(ming)陶瓷(ci)
當前(qian)透明(ming)陶瓷(ci)是材(cai)料領(ling)域研(yan)究和(he)應用(yong)的重(zhong)要前(qian)沿方(fang)向。透(tou)明陶(tao)瓷作(zuo)爲一(yi)種新(xin)型材(cai)料，除(chu)了本(ben)身具(ju)有寬(kuan)範圍(wei)的透(tou)光性(xing)外，還(hai)具有(you)高熱(re)導率(lü)、低電(dian)導率(lü)、高硬(ying)度、高(gao)強度(du)👧🏾、低介(jie)電常(chang)數和(he)介電(dian)損耗(hao)、耐磨(mo)性和(he)耐腐(fu)蝕性(xing)🚶🏾♀️➡️好等(deng)一系(xi)列優(you)點。
氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)基片(pian)
氧化(hua)鋁陶(tao)瓷基(ji)片具(ju)有機(ji)械強(qiang)度高(gao)、絕緣(yuan)性好(hao)、避光(guang)性高(gao)等優(you)👩🏼❤️👨🏾良性(xing)能，廣(guang)泛用(yong)于多(duo)層布(bu)線陶(tao)瓷基(ji)片、電(dian)子封(feng)👌裝及(ji)高密(mi)度封(feng)裝基(ji)片。
（三(san)）化工(gong)方面(mian)
在化(hua)工應(ying)用方(fang)面，氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)也有(you)較廣(guang)泛的(de)用途(tu)，如氧(yang)~化鋁(lü)陶瓷(ci)化工(gong)填料(liao)球、無(wu)機微(wei)濾膜(mo)、耐腐(fu)蝕塗(tu)層等(deng)，其中(zhong)以氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)膜和(he)塗層(ceng)的研(yan)究和(he)應用(yong)最多(duo)。
（四）醫(yi)學方(fang)面
在(zai)醫學(xue)方面(mian)，氧化(hua)鋁更(geng)多的(de)是用(yong)于制(zhi)造人(ren)工骨(gu)、人工(gong)🙈關節(jie)、人工(gong)🏃🏿♀️➡️牙齒(chi)等。氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)具有(you)優良(liang)的生(sheng)物相(xiang)容性(xing)、生物(wu)惰👌性(xing)、理化(hua)穩定(ding)性及(ji)高硬(ying)度、高(gao)耐磨(mo)性，是(shi)制備(bei)人造(zao)骨👩🍼和(he)人造(zao)⛹🏻♂️關節(jie)的理(li)想材(cai)料。但(dan)它具(ju)有和(he)其他(ta)陶瓷(ci)材料(liao)一👩🏼❤️👨🏾樣(yang)的缺(que)點如(ru)脆性(xing)大、斷(duan)裂韌(ren)性🏊🏾♀️低(di)、機加(jia)工技(ji)😺術難(nan)度高(gao)、工藝(yi)複雜(za)等，因(yin)此需(xu)要進(jin)一步(bu)研究(jiu)應用(yong)。
在(zai)建築(zhu)衛生(sheng)陶瓷(ci)方面(mian)，産品(pin)随處(chu)可見(jian)，如氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)襯磚(zhuan)、研磨(mo)介質(zhi)、輥棒(bang)、陶瓷(ci)保護(hu)管以(yi)及氧(yang)化鋁(lü)質耐(nai)火材(cai)料等(deng)。其中(zhong)以氧(yang)化鋁(lü)球磨(mo)介質(zhi)應用(yong)最廣(guang)。
材料(liao)科學(xue)的魅(mei)力就(jiu)在于(yu)取長(zhang)補短(duan)，造就(jiu)理想(xiang)材料(liao)。氧🧑🏽🎄化(hua)鋁陶(tao)瓷除(chu)了以(yi)上應(ying)用外(wai)，還廣(guang)泛應(ying)用于(yu)其它(ta)一些(xie)😸高科(ke)技領(ling)域，如(ru)航空(kong)👩🏽🐰👩🏿航天(tian)、高溫(wen)工業(ye)爐、複(fu)合增(zeng)強等(deng)領域(yu)。在增(zeng)👯🏾♂️韌技(ji)術的(de)不斷(duan)發展(zhan)中，氧(yang)化鋁(lü)陶瓷(ci)材料(liao)必将(jiang)具備(bei)更加(jia)優良(liang)的性(xing)能，應(ying)用領(ling)域将(jiang)更加(jia)廣泛(fan)。