在超過(guò)2000℃熔點的氧(yǎng)化物中，氧(yang)化鋁陶瓷(cí)是最靈活(huó)和廉❤️價的(de)材🏃‍♀️料。氧化(huà)鋁陶瓷是(shi)一種以氧(yǎng)化鋁（氧化(huà)鋁）爲主⭕體(tǐ)的陶瓷材(cai)料。氧化鋁(lǚ)陶瓷機械(xie)強度高、硬(yìng)度大、高頻(pin)介電損💯耗(hao)小，又因爲(wèi)它❤️的原料(liào)來源廣、價(jia)格相對便(bian)宜、加工技(ji)術較爲成(cheng)熟，因此，它(ta)被🐉廣泛地(di)應用于電(diàn)子、電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼器、機(ji)械、紡織和(he)航空航天(tian)等領域。這(zhe)也奠定了(le)它在陶瓷(ci)材料領域(yù)的地位。據(jù)悉，氧化鋁(lǚ)陶💘瓷是目(mù)前世界上(shang)🛀🏻用量最大(da)的氧化物(wu)陶瓷材料(liao)。

氧化鋁陶(tao)瓷材料的(de)結構屬于(yú)剛玉型，其(qí)本身具有(you)離子鍵的(de)🐇特性，使得(de)滑移系統(tong)遠沒有金(jīn)屬那麽多(duō)，這導緻其(qí)缺乏一定(dìng)的韌💛性、塑(su)性。所以表(biǎo)現出的斷(duàn)🌈裂韌性較(jiào)低，這🐉大大(da)地限制了(le)氧化鋁陶(tao)瓷的廣泛(fan)應用。那麽(me)氧化鋁陶(tao)瓷的主要(yao)增韌方法(fǎ)🥰有哪些？

一(yī)、層狀結構(gou)增韌

天然(ran)材料如竹(zhu)子、貝殼等(děng)，綜合性能(néng)很好，是因(yīn)其結構♉呈(chéng)層狀分布(bù)。人們從這(zhe)些天然結(jie)構得到啓(qi)示，采用仿(páng)生結構來(lái)改善🈲陶瓷(cí)材料的脆(cuì)性，提高其(qi)韌性。層狀(zhuang)複合陶瓷(ci)材料是🧑🏽‍🤝‍🧑🏻由(you)多層材料(liào)組成。各層(céng)的彈性模(mó)量、線脹系(xì)數不同，進(jìn)而導緻層(ceng)間産生宏(hong)觀應力，在(zai)表面産生(shēng)壓應力。受(shou)到外力作(zuo)用時，能最(zui)大限度地(di)吸收應變(biàn)能，并且使(shǐ)裂紋沿界(jiè)面産生反(fan)複偏轉、拐(guǎi)折。以此達(da)到提高表(biao)面性能和(hé)整體韌性(xing)的目🌈的。

例(li)如：氧化鋁(lü)/Ni層狀陶瓷(ci)，利用鎳的(de)線脹系數(shù)約爲氧✍️化(huà)🌈鋁的)倍，在(zài)氧化鋁層(céng)産生應壓(yā)力，裂紋偏(piān)轉能力大(dà)，所以該材(cái)料有較好(hao)的韌性。層(ceng)狀陶瓷是(shi)一新型材(cái)料，前景廣(guang)闊，但其缺(quē)點主要是(shì)弱夾層會(huì)降低材料(liao)強度，平行(hang)和垂直于(yu)夾層方向(xiàng)的性質差(chà)别較大，呈(chéng)各向異性(xìng)。所以業内(nei)專家提出(chu)了采🐪用強(qiáng)夾層的思(si)路，制備出(chū)了ZTA/ 氧化鋁(lǚ)強夾層，沖(chong)擊韌性達(da)10 Mpa.m1/2以上，是ZTA材(cái)料的2.8倍，氧(yǎng)化鋁陶瓷(ci)的5.6倍。一些(xie)科🙇‍♀️學家通(tong)過計算機(ji)對層狀複(fú)合陶瓷進(jìn)行了模拟(ni)，發現如果(guo)軟層材料(liao)的強度太(tài)高、太低都(dou)💜會降低🏃🏻‍♂️整(zhěng)體韌性，而(ér)提高硬🔴、軟(ruan)層層厚和(he)彈性模量(liang)之🎯比，硬層(céng)均勻性🈚均(jun)可提高陶(táo)瓷韌性。這(zhè)爲層狀增(zeng)韌陶瓷提(tí)供了一定(dìng)的研究思(si)路和優化(huà)途徑。

二、纖(xian)維複合增(zēng)韌

研究表(biao)明，連續纖(xiān)維對陶瓷(cí)的增韌效(xiào)率較其他(ta)增韌方✊法(fa)大，是迄今(jīn)爲止陶瓷(cí)系列所能(néng)達到的最(zui)高韌性，可(ke)以達20Mpa.m1/2左右(yòu)，因此是改(gai)善陶瓷材(cái)料脆性非(fei)常有效的(de)☎️途徑。該方(fang)法把強度(dù)、彈🌂性模量(liang)較高的纖(xian)維分散在(zài)陶瓷基體(tǐ)中🍉。複合材(cái)料在外力(lì)作用下，一(yī)部🌈分載荷(he)由纖維承(chéng)擔，以此🤟來(lái)減輕基體(ti)本身的負(fù)荷。而且，基(ji)體中的纖(xiān)維在承受(shòu)力😘大于其(qi)強度發生(shēng)斷裂時，纖(xian)維🎯産生拔(bá)出機制。此(ci)外，這些纖(xian)維在基體(tǐ)中也存在(zài)裂紋橋聯(lián)、偏轉來阻(zǔ)止裂紋的(de)擴展。這3種(zhǒng)增韌機制(zhi)共同作用(yòng)使陶瓷材(cai)料❓的韌性(xìng)提高很多(duo)。

目前，用于(yú)氧化鋁陶(tao)瓷的纖維(wei)主要由碳(tàn)纖維、碳化(hua)矽纖維、矽(xi)㊙️酸🐕鋁纖維(wei)等多種。研(yan)究發現，提(ti)高纖維的(de)長徑比可(kě)提高✌️增韌(ren)效果。在纖(xian)維的使用(yòng)形式上，采(cai)用纖維，的(de)三維編織(zhī)物增韌效(xiao)果較好。與(yu)纖維類似(sì)，目前采用(yong)晶須增韌(ren)氧化鋁瓷(ci)的也較多(duō)，效果也很(hěn)👌好。因晶須(xū)是以單晶(jīng)結構生長(zhang)、直徑極小(xiao)（通常小于(yú)3 um）的短纖維(wei)。其晶體缺(quē)陷少，原子(zi)排列高度(du)有序，強度(du)接近相鄰(lin)原子間成(cheng)鍵力的理(lǐ)論值。理論(lùn)和實踐證(zheng)明，把它應(yīng)用于陶瓷(ci)❓的增韌，對(duì)提高韌性(xìng)有一定作(zuo)用。如把碳(tàn)化矽晶須(xū)（體積分數(shù)可達20%——30%）引入(ru)氧化鋁基(jī)🐕陶瓷中，段(duan)韌性可達(dá)8——8.5 Mpa.m1/2。

晶須增韌(ren)的機制除(chú)了拔出、裂(liè)紋偏轉、裂(lie)紋橋聯、釘(ding)紮等機制(zhi)外，自身強(qiáng)度高也是(shì)一個原因(yīn)。因此在理(li)論上，提高(gao)晶須強度(dù)、降低其彈(dan)性模量，提(ti)高長徑比(bǐ)能提高增(zeng)韌效果。纖(xian)維、晶須增(zēng)韌氧化鋁(lǚ)瓷的缺點(dian)就是混合(he)均勻性很(hěn)難保證。

三(san)、自增韌

所(suo)謂自增韌(rèn)，就是在一(yi)定的工藝(yi)條件下，生(sheng)長出增韌(ren)、增強相。它(tā)在一定程(cheng)度上消除(chu)了基體相(xiang)與增韌♋相(xiàng)在物理或(huo)化學上🔱的(de)不相容性(xing)，而保證了(le)基體相與(yǔ)增韌相的(de)熱🚩力學穩(wen)定性。對于(yú)氧化㊙️鋁陶(táo)瓷而言🌐，異(yì)向生長晶(jīng)粒增韌🔆氧(yǎng)化鋁成爲(wei)克服氧❤️化(hua)鋁陶瓷脆(cui)性的研究(jiu)熱點。其主(zhu)要機理是(shi)通過工藝(yi)措施，控👄制(zhi)氧化鋁晶(jing)粒的生長(zhǎng)方向，使👣其(qí)沿某些晶(jīng)面優勢生(shēng)長成棒狀(zhuàng)、長柱狀，起(qi)到類似晶(jing)須的增韌(rèn)作用。在受(shòu)☁️到外來載(zai)荷時，裂紋(wén)尾部産生(shēng)橋聯方式(shi)；而且這些(xiē)異向生🥵長(zhǎng)的氧化鋁(lü)也會産生(shēng)拔出、裂紋(wen)偏轉等🌍增(zēng)韌機制，而(er)使整個氧(yang)化鋁陶瓷(cí)的韌性💔得(de)到提高。

四(si)、相變增韌(rèn)

這是研究(jiū)比較早而(ér)且普遍的(de)一種增韌(ren)方。它是人(rén)爲地在材(cái)♻️料中造成(chéng)大量的極(jí)細裂紋，以(yi)吸收能量(liàng)、阻止裂紋(wén)擴展。其中(zhong)主要集中(zhōng)在ZrO2的的馬(mǎ)氏體相變(bian)研究上，比(bi)較成功的(de)有💋ZTA,ZTM等陶瓷(cí)✍️材料。ZrO2彌散(sàn)在氧化鋁(lǚ)基體中，由(you)于二者的(de)線脹系數(shu)不同，冷卻(què)時，ZrO2顆粒受(shòu)到壓應力(li)，相🐉變受阻(zu)。而後，在材(cai)料受到🍉外(wai)力作用時(shi)👣，ZrO2顆粒上的(de)壓力得到(dao)松弛，四方(fāng)相轉變爲(wei)單斜相，體(ti)積膨脹後(hou)在基體中(zhong)産生❌微裂(lie)紋，而吸收(shōu)主裂紋的(de)能量，達到(dao)增韌效果(guo)。這就是應(yīng)力誘導相(xiang)變增韌機(jī)制。

在增韌(ren)機理中，除(chú)了ZrO2的誘導(dao)相變機制(zhì)外，相變産(chǎn)生體積膨(péng)脹，在🥵裂紋(wen)區域向不(bu)發生相變(biàn)區擠壓現(xian)象，使裂紋(wén)呈閉合趨(qu)勢，擴展🌂困(kun)難，也可以(yǐ)提高韌性(xing)。部分研究(jiū)人員用體(tǐ)積分數爲(wei)10%——30%的ZrO2制備ZTA陶(táo)瓷時發現(xiàn)，ZrO2用量在體(tǐ)積✌️分數爲(wei)20%時增韌效(xiào)果最好。

陶(tao)瓷增韌技(ji)術在未來(lai)的很長一(yi)段時間都(dōu)将是材料(liào)界的熱點(dian)🛀🏻技術。陶瓷(cí)材料固有(yǒu)的高強度(dù)、耐高溫、低(di)膨脹系數(shu)等特性如(ru)果能夠再(zai)結合高韌(ren)性，那将是(shì)材料界夢(mèng)寐🚶‍♀️以求的(de)高性能材(cái)料，運用領(ling)域極爲廣(guang)泛。下面⭐簡(jiǎn)單介紹一(yī)下氧化鋁(lǚ)陶瓷的一(yi)些應用吧(ba)。

（一）機械方(fang)面

氧化鋁(lü)陶瓷燒結(jié)産品的抗(kàng)彎強度可(ke)達250MPa，熱壓産(chǎn)品可達500MPa。氧(yang)化鋁🏃陶瓷(cí)的莫氏硬(yìng)度可達到(dào)9，加上具有(you)優良的抗(kàng)磨☀️損性能(néng)等，所以廣(guǎng)泛地用于(yu)制造刀具(jù)、球閥、磨輪(lun)🐕、陶瓷釘、軸(zhou)承等，其中(zhōng)以氧化鋁(lü)陶瓷刀具(ju)和工業用(yòng)閥應用最(zuì)廣。

氧化鋁(lü)陶瓷刀具(ju)

氧化鋁陶(táo)瓷刀具的(de)最佳切削(xue)速度比一(yi)般的硬質(zhi)合金刀具(jù)高，可大幅(fú)提高對不(bú)同材料的(de)切削效率(lü)。随着科學(xué)工作者的(de)🔴大量研究(jiu)，添加其它(tā)成分構成(cheng)兩相或以(yǐ)固溶體形(xíng)式存在于(yu)⚽基體之中(zhong)的氧化鋁(lü)基複合陶(táo)🏃🏻瓷和晶須(xu)🔞增強陶瓷(cí)中。這些技(jì)術彌補了(le)純氧化鋁(lǚ)陶瓷的不(bú)足，從而提(ti)高了它的(de)切削性能(neng)和耐用度(du)。

（二）電子/電(diàn)力方面

在(zai)電子、電力(li)方面，有各(ge)種氧化鋁(lǚ)陶瓷底闆(pan)、基片、陶🐪瓷(cí)💯膜、透明陶(tao)瓷以及各(gè)種氧化鋁(lǚ)陶瓷電絕(jué)緣瓷件💃🏻、電(diàn)子材料、磁(cí)性材料♍等(deng)，其中以氧(yǎng)化鋁透明(míng)陶瓷和基(ji)片應用最(zui)廣。

氧化鋁(lǚ)透明陶瓷(ci)

當前透明(míng)陶瓷是材(cai)料領域研(yan)究和應用(yong)的重要前(qián)沿方向🔴。透(tòu)明陶瓷作(zuò)爲一種新(xīn)型材料，除(chu)了本身具(ju)有寬範圍(wei)的透光性(xing)外，還具有(you)高熱導率(lü)、低電導率(lǜ)、高硬度、高(gāo)強度、低介(jie)電常數和(he)介電損耗(hao)、耐磨性和(hé)🙇🏻耐腐蝕性(xing)好等一系(xi)列優點。

氧(yang)化鋁陶瓷(cí)基片

氧化(huà)鋁陶瓷基(jī)片具有機(ji)械強度高(gāo)、絕緣性好(hǎo)、避光性高(gao)等優良性(xing)能，廣泛用(yong)于多層布(bu)線陶瓷基(ji)片、電子封(feng)裝及高密(mì)度封🐇裝基(ji)片。

（三）化工(gong)方面

在化(hua)工應用方(fang)面，氧化鋁(lü)陶瓷也有(yǒu)較廣泛的(de)用途，如氧(yang)🈲化鋁陶瓷(ci)化工填料(liào)球、無機微(wēi)濾膜、耐腐(fu)蝕塗層等(deng)☁️，其中以氧(yǎng)化鋁👄陶瓷(ci)膜和塗層(ceng)的研究和(he)應用最多(duo)。

（四）醫學方(fang)面

在醫學(xue)方面，氧化(hua)鋁更多的(de)是用于制(zhi)造人工骨(gu)、人🤞工關節(jie)💘、人工♻️牙齒(chi)等。氧化鋁(lǚ)陶瓷具有(you)優良的生(sheng)物相容性(xìng)、生物惰性(xing)、理化穩定(dìng)性及高硬(ying)度、高耐磨(mo)性，是制備(bèi)🍓人造骨和(hé)人造關節(jie)的理想材(cai)料。但它具(jù)有❤️和其他(tā)陶瓷材料(liào)一🚩樣的缺(que)點如脆性(xing)大、斷裂韌(ren)性低、機加(jiā)工技術難(nán)度高、工藝(yi)複雜等，因(yin)此需要進(jin)一🈲步研究(jiū)應用。

（五）建(jiàn)築/衛生/陶(tao)瓷方面

在(zài)建築衛生(sheng)陶瓷方面(miàn)，産品随處(chù)可見，如氧(yǎng)化鋁陶瓷(ci)襯磚、研磨(mo)介質、輥棒(bang)、陶瓷保護(hu)管以及氧(yǎng)化鋁質耐(nài)火🚶材料等(děng)。其中以氧(yǎng)化鋁球磨(mo)介質應用(yòng)最廣。

材料(liao)科學的魅(mei)力就在于(yu)取長補短(duan)，造就理想(xiang)材料。氧化(hua)♻️鋁🎯陶瓷除(chú)了以上應(yīng)用外，還廣(guǎng)泛應用于(yú)其它一些(xiē)😄高科技領(ling)域，如㊙️航空(kong)航天、高溫(wēn)工業爐、複(fú)合增🏃‍♀️強等(děng)領域。在增(zeng)韌技術的(de)不斷發展(zhan)中，氧化鋁(lü)陶瓷材料(liao)必将具備(bèi)更加優良(liáng)的性🥵能，應(ying)用領域将(jiang)更加廣泛(fàn)。