在超(chao)過2000℃熔點的氧化物(wu)中，氧化鋁陶瓷是(shì)最靈活和廉價的(de)材料。氧化鋁陶瓷(cí)是一種以氧化鋁(lü)（氧化鋁）爲主體的(de)陶瓷材料。氧化鋁(lǚ)陶瓷機械強度高(gao)、硬度大、高頻介電(dian)損耗小，又因爲它(ta)的原料來源廣、價(jia)格相對便宜、加工(gōng)技術較爲成熟，因(yin)此，它被廣泛地應(yīng)🚩用于電子、電器、機(jī)械、紡織和航空航(hang)天等領域。這也奠(dian)定了它在陶瓷材(cai)料領域的地位。據(ju)悉，氧化鋁陶瓷是(shi)目前世界上用量(liang)最🌍大的氧化物陶(tao)瓷材料。

氧化鋁陶(táo)瓷材料的結構屬(shu)于剛玉型，其本身(shen)具有👣離✍️子鍵的特(tè)性，使得滑移系統(tong)遠沒有金屬那麽(me)多，這導緻其缺乏(fá)一定💃的韌性、塑性(xing)。所以表現出的斷(duàn)裂韌性較低，這大(dà)大地限制了氧化(huà)鋁🔴陶瓷的廣泛應(ying)用。那麽氧化鋁陶(táo)🏃‍♀️瓷的主要增韌方(fāng)法有哪些？

一、層狀(zhuang)結構增韌

天然材(cái)料如竹子、貝殼等(deng)，綜合性能很好，是(shi)因其結構呈層狀(zhuàng)分布。人們從這些(xiē)天然結構得到啓(qǐ)示，采用仿生結構(gou)來改善陶瓷材料(liào)的脆性，提高其韌(rèn)性。層狀複合陶瓷(cí)材料是由多層材(cái)料組成。各層的彈(dàn)性模量、線脹系數(shu)不同，進而導緻層(céng)間産生宏觀應力(li)，在表面産生壓應(ying)力。受到外力作用(yòng)時，能最大限🚶度地(dì)吸收應變能，并且(qie)使裂紋沿界面産(chǎn)生反複偏轉、拐折(she)。以♊此達到提高表(biǎo)面性能和整體韌(ren)性的目的。

例如：氧(yang)化鋁/Ni層狀陶瓷，利(lì)用鎳的線脹系數(shu)約爲氧化鋁的)倍(bei)，在氧化鋁層産生(sheng)應壓力，裂紋偏轉(zhuǎn)能力大，所以該材(cái)料有較好的韌性(xing)。層狀陶瓷是一新(xīn)型💁材料，前景廣闊(kuò)，但其缺點主要是(shì)弱夾層會降低材(cai)料強度，平行和垂(chui)直于夾層方向的(de)性質差别較大⛱️，呈(cheng)各向異性💰。所以業(yè)内專家提出了采(cai)用強夾層的💋思路(lu)，制備出了ZTA/ 氧化鋁(lǚ)強夾層，沖擊韌性(xìng)達10 Mpa.m1/2以上，是ZTA材料的(de)2.8倍，氧化鋁陶瓷的(de)👌5.6倍。一些科學家通(tōng)過計算🌈機對層狀(zhuàng)複合陶瓷⛷️進行了(le)模拟，發現如果軟(ruǎn)層材料的強度太(tai)高、太低都會降低(di)整體韌性，而提高(gāo)硬㊙️、軟層層厚和彈(dàn)性模量之比，硬層(céng)均勻性❓均可提高(gāo)陶瓷韌性。這爲層(céng)狀增韌陶瓷提供(gong)了一定的研究思(sī)路和優化途徑。

二(er)、纖維複合增韌

研(yan)究表明，連續纖維(wéi)對陶瓷的增韌效(xiào)率較其他增韌方(fāng)法大，是迄今爲止(zhǐ)陶瓷系列所能達(da)到的最高👅韌性✔️，可(kě)以☎️達20Mpa.m1/2左右，因此是(shi)改善陶瓷材料脆(cuì)性非常有效的☀️途(tú)徑。該方法把強度(dù)、彈性模量較高的(de)纖維分散在陶瓷(ci)基體中。複合材料(liao)在外力作用下，一(yī)部分載荷由纖維(wei)承擔，以此👨‍❤️‍👨來減輕(qing)基體本身的負荷(he)。而且，基體中的🈲纖(xian)維在承受力大于(yú)其強度發生斷裂(lie)時，纖維産生拔出(chū)機制。此外，這些☀️纖(xian)維在基體中也⭐存(cún)在裂紋橋聯、偏轉(zhuǎn)來阻止裂紋的擴(kuo)💯展。這3種增韌機制(zhì)共🏃‍♂️同作用使陶瓷(cí)材料的韌性提高(gāo)很多。

目前，用于氧(yǎng)化鋁陶瓷的纖維(wéi)主要由碳纖維、碳(tan)化矽纖維、矽酸鋁(lü)纖維等多種。研究(jiū)發現，提高纖維的(de)長徑🚶‍♀️比可提高增(zeng)韌效果。在纖維的(de)使用形式上，采用(yòng)纖維，的三維編織(zhī)物增韌效果較好(hao)🐆。與纖維類似，目前(qian)采用晶須增韌氧(yǎng)化鋁瓷的也較多(duo)，效果也很好。因晶(jing)須是以單晶結構(gou)生長、直徑極🌍小（通(tong)常小于3 um）的短纖維(wéi)。其晶💚體缺陷少，原(yuan)子排列高度有序(xu)，強度接近相鄰🌍原(yuan)子間成鍵力的理(li)論值。理論和實踐(jian)證明，把它應用于(yú)陶瓷的增韌，對提(tí)高韌性有一定作(zuò)用。如把碳化矽晶(jing)須（體積分數可達(dá)20%——30%）引入氧化😘鋁基陶(táo)瓷中，段韌性可達(dá)8——8.5 Mpa.m1/2。

晶須增韌的機制(zhì)除了拔出、裂紋偏(piān)轉、裂紋橋聯、釘🚩紮(zha)🚶等機制外，自身強(qiang)度高也是一個原(yuán)因。因此在理論上(shàng)，提高晶須強度、降(jiang)低其彈性模量，提(ti)高長徑比能提高(gāo)增韌效果。纖維、晶(jīng)須增韌氧化鋁瓷(cí)的缺點❓就是混合(he)均勻性很難保證(zheng)。

三、自增韌

所謂自(zì)增韌，就是在一定(dìng)的工藝條件下，生(shēng)長出增韌、增🚶‍♀️強相(xiang)。它在一定程度上(shang)消除了基體相與(yǔ)增韌相在物理或(huò)化學上的不相容(rong)性，而保證了基體(tǐ)相👄與增韌相的熱(re)力學穩定性。對于(yú)氧化鋁陶瓷而言(yán)，異向生長晶粒增(zeng)韌氧化鋁成爲克(kè)服氧😍化鋁陶瓷脆(cui)性的研究熱點。其(qi)主要機理是通過(guò)工藝措施，控㊙️制氧(yǎng)化鋁晶💁粒🤩的生長(zhang)方向，使♍其沿某些(xie)晶面優勢生長成(cheng)棒狀、長柱狀，起到(dao)類似晶須⁉️的增韌(ren)作用。在受到外來(lai)載荷時，裂🌈紋尾部(bu)産生橋聯方式；而(er)且這些異向生長(zhang)的氧化鋁也會産(chǎn)生拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)等增韌機制，而使(shi)整💜個氧化鋁陶瓷(ci)的韌性得到提高(gao)✔️。

四、相變增韌

這是(shi)研究比較早而且(qie)普遍的一種增韌(ren)方。它是人爲地在(zai)材料中造成大量(liang)的極細裂紋，以吸(xī)收能量、阻止🌈裂紋(wen)擴展。其中主要集(ji)中在ZrO2的的馬氏體(ti)相變研究上，比較(jiao)成功的有ZTA,ZTM等陶瓷(ci)材料。ZrO2彌散在氧化(hua)鋁基體中，由于二(er)者的線脹系數不(bu)同，冷卻時，ZrO2顆粒受(shou)🏃🏻到壓應力，相變受(shòu)阻。而後，在材料受(shòu)到外力作用時🆚，ZrO2顆(kē)粒上的壓力得到(dào)松弛，四方💃相轉變(biàn)爲單斜相，體🌈積膨(péng)脹後🏃🏻‍♂️在基體中産(chan)生🔞微裂紋，而吸收(shōu)主裂紋的能量，達(dá)到增韌效果⛱️。這就(jiu)是應力誘導相變(bian)增韌機制。

在增韌(rèn)機理中，除了ZrO2的誘(yòu)導相變機制外，相(xiang)變産生體積膨脹(zhang)，在裂紋區域向不(bú)發生相變區擠壓(ya)現象，使裂紋呈🈲閉(bi)合趨勢，擴展困難(nan)，也可以提高韌性(xing)。部分研究🔆人員用(yòng)體積分☂️數爲10%——30%的❤️ZrO2制(zhì)備ZTA陶瓷時發現，ZrO2用(yong)量在體積分數爲(wèi)20%時👉增韌效果最好(hǎo)。

陶瓷增韌技術在(zài)未來的很長一段(duàn)時間都将是材料(liào)界的熱點⛹🏻‍♀️技術。陶(tao)瓷材料固有的高(gao)強度、耐高溫、低膨(peng)⛹🏻‍♀️脹系數等特性如(ru)果能夠再結合高(gao)韌性，那将是材料(liào)界夢寐🔱以求的高(gao)性能材料，運用領(lǐng)域極爲廣泛。下面(mian)簡單介紹一下氧(yang)化鋁陶瓷的一些(xie)應用吧。

（一）機械方(fāng)面

氧化鋁陶瓷燒(shao)結産品的抗彎強(qiang)度可達250MPa，熱壓産品(pǐn)可達500MPa。氧化鋁陶瓷(cí)的莫氏硬度可達(dá)到9，加上具有優良(liáng)的抗磨♈損性能等(děng)，所以廣泛地用于(yú)制造刀具、球閥、磨(mo)輪🍓、陶瓷釘、軸承等(děng)，其中以氧化鋁陶(tao)瓷刀具和工業用(yòng)閥應用最廣。

氧化(hua)鋁陶瓷刀具

氧化(hua)鋁陶瓷刀具的最(zuì)佳切削速度比一(yī)般的硬質合金刀(dao)具高，可大幅提高(gāo)對不同材料的切(qiē)削效率。随着科學(xue)工作者的大量研(yan)究，添加其它成分(fen)構成兩相或以固(gù)溶🐆體形式存在于(yú)基體之中的氧化(huà)鋁基複合陶瓷和(he)晶須增強陶瓷中(zhong)。這些技術彌補了(le)純氧化鋁陶🙇🏻瓷的(de)不足，從而提高了(le)它的切削性能和(he)耐用度。

（二）電子/電(diàn)力方面

在電子、電(diàn)力方面，有各種氧(yang)化鋁陶瓷底闆、基(ji)片、陶瓷膜😘、透明陶(tao)瓷以及各種氧化(hua)鋁陶瓷電絕緣瓷(ci)件、電子✏️材料🎯、磁性(xìng)材料等，其中以氧(yang)化鋁透明陶瓷和(he)⭐基片應用最廣。

氧(yang)化鋁透明陶瓷

當(dang)前透明陶瓷是材(cái)料領域研究和應(ying)用的重要前沿方(fang)向🔅。透明陶瓷作爲(wèi)一種新型材料，除(chu)了本身具有寬範(fàn)圍的透光性外，還(hái)具有高熱導率、低(di)電導率、高硬度、高(gāo)強度、低介電常數(shù)和介電損耗、耐磨(mo)性和耐腐蝕性好(hao)等一系列優點。

氧(yǎng)化鋁陶瓷基片

氧(yǎng)化鋁陶瓷基片具(ju)有機械強度高、絕(jue)緣性好、避光性✌️高(gao)等優良🈚性能，廣泛(fàn)用于多層布線陶(tao)瓷基片、電子封裝(zhuang)及高密度封裝基(ji)片。

（三）化工方面

在(zài)化工應用方面，氧(yang)化鋁陶瓷也有較(jiao)廣泛的用途，如氧(yang)化鋁陶瓷化工填(tian)料球、無機微濾膜(mo)、耐腐蝕塗層等，其(qi)中以氧化鋁陶瓷(ci)膜和塗層的研究(jiū)和應用最多。

（四）醫(yi)學方面

在醫學方(fang)面，氧化鋁更多的(de)是用于制造人工(gōng)骨、人工關節、人工(gōng)牙齒等。氧化鋁陶(tao)瓷具有優良的生(sheng)物相容性、生❓物惰(duo)性、理化穩定性及(jí)高硬度、高耐磨性(xìng)，是制備人造骨和(hé)人造關節的理想(xiang)材料。但它具有👄和(he)其他陶瓷材料一(yi)樣的缺點如脆性(xìng)大📐、斷裂韌性㊙️低、機(jī)加工技🔴術難度高(gāo)、工藝複雜等，因此(cǐ)需要進一步研究(jiu)應用。

（五）建築/衛生(shēng)/陶瓷方面

在建築(zhu)衛生陶瓷方面，産(chan)品随處可見，如氧(yang)化鋁陶🔞瓷襯磚、研(yan)磨介質、輥棒、陶瓷(ci)保護管以及氧化(hua)鋁質耐火材料等(děng)。其🌈中以氧化鋁球(qiú)磨介質應用最廣(guǎng)。

材料科學的魅力(lì)就在于取長補短(duǎn)，造就理想材料。氧(yǎng)化鋁陶瓷除了以(yǐ)上應用外，還廣泛(fan)應用于其它一些(xiē)高科技領域，如航(háng)空航天、高溫工業(ye)爐、複合增強等領(lǐng)♻️域。在增韌技術的(de)不斷發展中，氧化(hua)鋁陶瓷⁉️材料必将(jiang)具備更加優良的(de)性能，應用領域将(jiang)更加☎️廣泛。