在超(chao)過2000℃熔點的(de)氧化物中(zhong)，氧化鋁陶(táo)瓷是最靈(ling)活和廉價(jia)的材料。氧(yang)化鋁陶瓷(cí)是一種以(yǐ)氧化鋁（氧(yǎng)化鋁）爲主(zhu)體的陶瓷(cí)材料。氧化(hua)鋁陶瓷機(jī)械強度高(gao)、硬度大、高(gao)頻介電損(sun)耗小，又因(yin)爲它的原(yuan)料來源廣(guang)、價格相對(duì)便宜、加工(gōng)技術較爲(wèi)成熟，因此(cǐ)，它被廣泛(fàn)地應用于(yú)電子、電器(qì)、機械、紡織(zhi)和航空航(háng)天等領域(yu)。這也奠定(dìng)了它在陶(táo)瓷材料領(lǐng)域的地位(wei)。據悉，氧化(hua)鋁陶瓷是(shi)目前世界(jiè)上用量最(zuì)大的氧化(huà)物陶瓷材(cai)料。

氧化鋁(lǚ)陶瓷材料(liào)的結構屬(shu)于剛玉型(xíng)，其本身具(ju)有離🚶‍♀️子鍵(jian)的特性，使(shǐ)得滑移系(xi)統遠沒有(yǒu)金屬那麽(me)多♉，這導🤩緻(zhì)其缺乏一(yi)定的韌性(xìng)、塑性。所以(yi)表現出的(de)斷裂韌性(xing)💚較低，這大(da)大地限制(zhi)了😘氧化鋁(lǚ)陶瓷的廣(guǎng)泛應用。那(nà)麽氧化鋁(lü)陶瓷的主(zhu)要增韌方(fang)法有哪些(xiē)？

一、層狀結(jié)構增韌

天(tiān)然材料如(ru)竹子、貝殼(ké)等，綜合性(xìng)能很好，是(shi)因其結構(gòu)呈層狀分(fen)💋布。人們從(cóng)這些天然(ran)結構得到(dao)啓示，采用(yong)仿生結構(gòu)來改善🐇陶(táo)瓷材料的(de)脆性，提高(gao)其韌性。層(céng)狀複合陶(táo)瓷🈲材料是(shi)由多層材(cai)料組成。各(gè)層的彈性(xìng)模量、線脹(zhàng)系數不同(tong)，進而導緻(zhi)層間産生(sheng)宏觀應🈲力(lì)，在表面産(chan)生壓應力(lì)。受到外力(li)作用時，能(neng)最大限度(dù)地吸收應(ying)變能，并且(qiě)使裂紋💰沿(yán)界面産生(shēng)反複偏轉(zhuan)、拐折。以🐆此(cǐ)達到提高(gāo)表面性能(neng)和整體韌(ren)性的目的(de)。

例如：氧化(huà)鋁/Ni層狀陶(táo)瓷，利用鎳(nie)的線脹系(xì)數約爲氧(yang)化鋁的)倍(bei)，在氧化鋁(lü)層産生應(yīng)壓力，裂紋(wén)偏轉能力(lì)大，所以該(gāi)材料👌有較(jiao)好的韌性(xìng)。層狀陶瓷(cí)是一新型(xing)材料，前景(jǐng)廣闊，但其(qi)缺♻️點主要(yào)是弱夾☔層(céng)會降低材(cái)料強度，平(ping)行和垂直(zhi)于夾層方(fāng)向的性質(zhi)🥰差别較大(dà)，呈各向異(yi)性。所以業(ye)内專家提(tí)出了采用(yòng)強夾層的(de)🈲思路，制備(bèi)出了ZTA/ 氧化(hua)鋁強夾層(ceng)，沖擊韌性(xing)達10 Mpa.m1/2以上，是(shì)ZTA材料的2.8倍(bei)，氧化鋁陶(tao)瓷的5.6倍。一(yī)些科學家(jia)通過計算(suan)機對層狀(zhuàng)複合陶瓷(cí)進行了模(mó)拟，發現如(rú)果軟層材(cái)料的強度(dù)太高、太低(di)都會降低(di)整體韌性(xing)，而提高硬(yìng)、軟層層厚(hòu)和彈性模(mo)量之比，硬(ying)層均勻性(xing)均可提高(gao)陶瓷韌性(xing)。這爲層狀(zhuang)增韌陶瓷(ci)提供了一(yi)定的研究(jiu)🈚思路和優(yōu)化途徑。

二(èr)、纖維複合(hé)增韌

研究(jiu)表明，連續(xu)纖維對陶(táo)瓷的增韌(rèn)效率較其(qi)他增🐇韌方(fāng)法大，是👌迄(qì)今爲止陶(táo)瓷系列所(suǒ)能達到的(de)最高🌏韌性(xing)🍉，可以達20Mpa.m1/2左(zuo)💚右，因此是(shì)改善陶瓷(ci)材料脆性(xing)非常有效(xiao)的途徑。該(gai)方法把強(qiáng)度、彈性模(mo)量較高的(de)纖維分散(sàn)在陶瓷基(ji)體中👣。複合(he)材料在外(wài)力作💘用下(xià)，一部分載(zǎi)荷由纖維(wéi)承擔，以此(cǐ)㊙️來減輕基(jī)體本身的(de)負荷。而且(qie)，基體中的(de)纖維在承(cheng)受力大于(yú)其強度發(fa)生斷裂時(shí)，纖維産生(sheng)拔出機制(zhi)。此外，這些(xie)纖維在基(jī)體中也存(cun)在裂紋橋(qiao)聯、偏轉來(lai)阻止裂紋(wén)的擴🐉展。這(zhè)3種增韌機(jī)制共同作(zuo)用使陶瓷(ci)材料的韌(ren)性提高很(hěn)多。

目前，用(yòng)于氧化鋁(lü)陶瓷的纖(xiān)維主要由(yóu)碳纖維、碳(tàn)化矽纖㊙️維(wéi)、矽酸鋁纖(xiān)維等多種(zhong)。研究發現(xian)，提高纖維(wei)的長徑比(bi)可提高☁️增(zēng)韌效果。在(zài)纖維的使(shi)用形式上(shàng)，采用纖維(wei)，的三維編(bian)織物增韌(rèn)效果較好(hao)。與纖維類(lèi)似，目前采(cai)用晶須增(zeng)韌氧化鋁(lǚ)瓷的也較(jiào)多，效果也(ye)很好。因晶(jing)須是以單(dan)晶結構😍生(shēng)長、直徑極(ji)小（通常小(xiǎo)于3 um）的短纖(xiān)維。其🌍晶體(tǐ)缺陷少，原(yuan)子排列高(gao)度有序，強(qiang)度接近相(xiàng)鄰原子間(jiān)成鍵力的(de)理論值。理(lǐ)論和實踐(jian)證明，把它(tā)應用于陶(tao)瓷的增韌(rèn)，對提高韌(rèn)性有一定(ding)作用。如把(ba)碳化矽晶(jīng)須（體積分(fèn)數可達20%——30%）引(yǐn)入氧化鋁(lǚ)基☔陶瓷中(zhōng)，段韌性可(kě)達8——8.5 Mpa.m1/2。

晶須增(zēng)韌的機制(zhi)除了拔出(chū)、裂紋偏轉(zhuan)、裂紋橋聯(lian)、釘紮等機(ji)🌈制外，自身(shen)強度高也(yě)是一個原(yuan)因。因此在(zài)理✔️論上，提(ti)高👨‍❤️‍👨晶須🈲強(qiang)度、降低其(qi)彈性模量(liàng)，提高長徑(jing)比能提高(gāo)增韌效果(guǒ)。纖維、晶須(xu)增韌氧化(huà)鋁瓷的缺(quē)點就是混(hun)合均勻性(xing)很⚽難保證(zheng)。

三、自增韌(ren)

所謂自增(zēng)韌，就是在(zai)一定的工(gong)藝條件下(xià)，生長出增(zēng)韌、增強相(xiang)。它在一定(ding)程度上消(xiao)除了基體(tǐ)相與增韌(ren)相在物理(li)或化學上(shàng)的不相容(róng)性，而保證(zheng)了基體相(xiang)與增韌相(xiàng)的熱力學(xué)穩定性。對(dui)于氧化鋁(lǚ)陶瓷而言(yán)🌈，異向生長(zhang)晶粒增韌(rèn)氧化鋁成(chéng)爲克服氧(yang)化鋁陶瓷(cí)脆性的研(yan)究熱點。其(qi)主要機理(lǐ)是通過工(gong)藝措施，控(kong)制氧化鋁(lǚ)晶🌈粒🈲的生(shēng)長方向，使(shi)其沿某些(xiē)晶面優勢(shi)生長成棒(bang)狀、長柱狀(zhuàng)，起到類似(si)晶須🎯的增(zeng)韌作用。在(zài)受到外來(lai)載荷時，裂(lie)✊紋尾部産(chǎn)生橋聯🤩方(fāng)式；而且這(zhe)些異向生(shēng)🛀長的氧化(huà)鋁也會産(chǎn)生拔出、裂(lie)紋偏轉等(deng)增韌機制(zhì)，而使整個(gè)氧化鋁陶(tao)瓷的韌性(xìng)得到提高(gāo)。

四、相變增(zēng)韌

這是研(yan)究比較早(zao)而且普遍(biàn)的一種增(zēng)韌方。它是(shì)人爲地在(zài)材料中造(zao)成大量的(de)極細裂紋(wen)，以吸收能(néng)量✉️、阻止裂(lie)紋擴展。其(qí)中主要集(jí)中在ZrO2的的(de)馬氏體相(xiang)變💘研究上(shàng)，比較成功(gong)的有ZTA,ZTM等陶(táo)瓷材料。ZrO2彌(mi)散在氧化(huà)鋁基體中(zhōng)，由于二者(zhě)的線脹系(xi)數♊不同，冷(lěng)卻🌈時，ZrO2顆粒(li)受👅到壓應(yīng)力，相變受(shòu)阻。而後，在(zài)材料受到(dao)外力作用(yong)時，ZrO2顆粒上(shàng)的壓力👈得(dé)到松弛，四(sì)方相轉變(biàn)爲單斜相(xiang)，體積膨脹(zhang)後在基體(tǐ)中産生微(wei)裂紋，而吸(xi)收主裂紋(wen)的能量，達(da)到增韌效(xiào)果。這就是(shi)應力誘導(dao)🈲相變增韌(ren)機制。

在增(zeng)韌機理中(zhōng)，除了ZrO2的誘(yòu)導相變機(jī)制外，相變(bian)産生‼️體積(ji)👨‍❤️‍👨膨脹，在裂(liè)紋區域向(xiàng)不發生相(xiàng)變區擠壓(yā)現象，使裂(liè)紋呈閉合(hé)趨勢，擴展(zhan)困難，也可(kě)以提高韌(rèn)性。部分研(yán)究人員用(yong)體積分數(shù)爲10%——30%的ZrO2制備(bèi)ZTA陶😘瓷時發(fa)現，ZrO2用量在(zài)體積分數(shu)爲20%時增韌(ren)效果最好(hao)。

陶瓷增韌(rèn)技術在未(wei)來的很長(zhǎng)一段時間(jian)都将是材(cai)料♋界的熱(rè)點技術。陶(tao)瓷材料固(gù)有的高強(qiang)度、耐高溫(wen)、低膨脹系(xì)數等特性(xìng)如果能夠(gòu)再結合高(gao)韌性，那将(jiang)是材料界(jie)夢寐以求(qiu)的高性能(neng)材料，運用(yòng)領域極爲(wei)㊙️廣泛。下面(miàn)簡單介紹(shao)一下氧化(hua)鋁陶瓷的(de)一些應用(yong)吧。

（一）機械(xie)方面

氧化(huà)鋁陶瓷燒(shao)結産品的(de)抗彎強度(du)可達250MPa，熱壓(yā)産品可達(da)500MPa。氧化鋁🌂陶(tao)瓷的莫氏(shi)硬度可達(da)到9，加上具(ju)有優📧良的(de)抗磨損性(xìng)能等，所以(yi)廣泛地用(yòng)于制造刀(dao)具、球閥、磨(mo)輪、陶瓷釘(dìng)🔞、軸承等，其(qi)中以🔱氧化(hua)鋁陶瓷刀(dao)具和工業(yè)用閥☀️應用(yòng)最廣。

氧化(huà)鋁陶瓷刀(dao)具

氧化鋁(lü)陶瓷刀具(ju)的最佳切(qiē)削速度比(bǐ)一般的硬(ying)質合金刀(dao)具高☀️，可大(da)幅提高對(duì)不同材料(liào)的切削效(xiao)率。随着科(ke)學工作🏃‍♀️者(zhe)的大量研(yan)究，添加其(qí)它成分構(gòu)成兩相或(huo)以固溶體(ti)形式存在(zai)于基體之(zhi)中的氧化(hua)鋁基複合(hé)陶瓷和晶(jing)須增強陶(tao)瓷中。這些(xiē)技術彌補(bǔ)了✉️純氧化(huà)鋁陶瓷的(de)不足，從而(er)提高了它(ta)的切削性(xing)能和耐用(yong)度。

（二）電子(zǐ)/電力方面(mian)

在電子、電(dian)力方面，有(you)各種氧化(huà)鋁陶瓷底(di)闆、基片、陶(táo)瓷膜、透明(ming)陶瓷以及(jí)各種氧化(huà)鋁陶瓷電(dian)絕緣瓷件(jiàn)🥰、電子材料(liao)、磁性材料(liao)⭕等，其中以(yǐ)氧化鋁透(tou)明陶瓷和(he)基片應♉用(yong)最廣。

氧化(huà)鋁透明陶(tao)瓷

當前透(tou)明陶瓷是(shì)材料領域(yù)研究和應(yīng)用的重要(yao)前沿方⛱️向(xiang)。透🐅明🐅陶瓷(ci)作爲一種(zhong)新型材料(liao)，除了本身(shen)具有寬範(fàn)圍的透光(guāng)性外，還具(ju)有高熱導(dao)率、低電導(dao)率、高硬度(dù)、高強度、低(di)介電常數(shu)和介電損(sǔn)耗、耐磨性(xìng)和耐腐蝕(shi)性好等一(yī)系💰列優點(dian)。

氧化鋁陶(táo)瓷基片

氧(yǎng)化鋁陶瓷(cí)基片具有(you)機械強度(dù)高、絕緣性(xing)好、避光性(xing)高等🈲優🍉良(liáng)性能，廣泛(fan)用于多層(céng)布線陶瓷(ci)基片、電🔞子(zǐ)封裝及高(gao)密度封裝(zhuang)基片。

（三）化(huà)工方面

在(zài)化工應用(yong)方面，氧化(huà)鋁陶瓷也(yě)有較廣泛(fan)的用途，如(ru)氧化鋁陶(táo)瓷化工填(tián)料球、無機(jī)微濾膜、耐(nài)腐蝕塗層(ceng)等，其中以(yi)氧化鋁陶(tao)瓷💯膜和塗(tu)層的研究(jiu)和應用⛹🏻‍♀️最(zui)多。

（四）醫學(xué)方面

在醫(yi)學方面，氧(yǎng)化鋁更多(duo)的是用于(yu)制造人工(gōng)骨、人工關(guān)節、人工牙(ya)齒等。氧化(hua)鋁陶瓷具(jù)有優良的(de)生物相容(róng)🍓性、生物惰(duò)性、理化穩(wěn)定性及高(gāo)硬度、高耐(nai)磨性，是制(zhì)備人造骨(gu)和人造✉️關(guan)節的理想(xiang)材料。但它(tā)具有和其(qí)他陶㊙️瓷材(cai)料一樣的(de)缺點⚽如脆(cuì)性大、斷裂(liè)韌性📞低、機(jī)加工技術(shù)難度高、工(gōng)藝複雜等(deng)，因此需要(yào)進一㊙️步研(yán)究應用。

（五(wu)）建築/衛生(shēng)/陶瓷方面(mian)

在建築衛(wei)生陶瓷方(fang)面，産品随(suí)處可見，如(ru)氧化鋁陶(táo)瓷襯磚、研(yan)磨介質、輥(gun)棒、陶瓷保(bǎo)護管以及(jí)氧化鋁質(zhì)耐火材料(liào)♊等。其中以(yǐ)氧化鋁球(qiú)磨介質應(ying)用最廣。

材(cai)料科學的(de)魅力就在(zai)于取長補(bu)短，造就理(lǐ)想材料。氧(yang)化鋁陶瓷(cí)除了以上(shang)應用外，還(hai)廣泛應用(yòng)于其它一(yī)些高科技(ji)領域，如航(háng)空航天、高(gāo)溫工業爐(lu)、複合增強(qiáng)等領域。在(zài)增韌技術(shù)的不斷發(fa)展中，氧化(huà)鋁陶瓷👌材(cái)料必将具(jù)備更加優(you)良的性能(neng)，應用領❤️域(yu)将更加廣(guang)泛。