氧化铝陶瓷材料增韧方法介绍

氧化铝陶瓷材料增韧方法介绍

Al2O3基陶瓷材料以其优异的耐磨性、耐高温、耐腐蚀、硬度高，且化学稳定性强等特点，具有广阔的应用前景。然而其缺点是韧性低，容易发生脆断，因此，提高氧化铝陶瓷材料的韧性是其能够在各个领域中进一步推广应用的前提。

氧化铝陶瓷常见的增韧方法主要有颗粒弥散增韧、相变增韧、晶须增韧、原位生长增韧、复合协同增韧等方式。

一、颗粒弥散增韧

颗粒弥散增韧主要是在Al2O3陶瓷基体中加入高弹性模量的非金属或具有延性的金属作为第二相粒子，高弹性模量颗粒在基体材料拉伸时阻止横向截面的收缩。要达到和基体相同的横向收缩，必须增加纵向拉应力，使材料强化。增加外界拉应力就使材料消耗更多的能量，因此具有增韧效果。颗粒弥散增韧Al2O3基陶瓷材料主要分为金属颗粒增韧和非金属颗粒增韧。

二、相变增韧

相变增韧是利用ZrO2增韧特性，实现对氧化铝陶瓷材料的增韧。其增韧机理是当含有亚稳四方相ZrO2陶瓷受到外加应力作用时，其中的四方相ZrO2颗粒会转变成同素异构体单斜ZrO2相，同时产生3%～5%的体积膨胀，吸收应变能并弥合裂纹，从而提高材料的断裂韧性。同时，由于相变所引起的体积膨胀对裂纹产生压应力，阻碍裂纹的扩展，表现在裂纹尖端应力强度因子降低，从而提高抗裂纹扩展能力。而且氧化锆的马氏体相变使Al2O3基体中产生显微裂纹和残余应力，能使氧化铝陶瓷的韧性提高，韧化的作用主要来自于晶粒的细化、显微裂纹及裂纹的偏转。