在超過(guo)2000℃熔點的氧(yang)化物中，氧(yang)化鋁陶瓷(ci)是最靈活(huo)和廉價的(de)材料。氧化(hua)鋁陶瓷是(shi)一種以氧(yang)化鋁（氧化(hua)鋁）爲主😌體(ti)的陶瓷材(cai)料。氧化鋁(lü)陶瓷機械(xie)強度高、硬(ying)度大、高頻(pin)介電損耗(hao)小，又因爲(wei)它的原料(liao)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(dian)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(yu)的地位。據(ju)悉，氧化鋁(lü)陶瓷是目(mu)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(yu)剛玉型，其(qi)本身具有(you)離子鍵✋的(de)特性，使得(de)滑移系統(tong)遠沒有金(jin)屬那麽多(duo)，這導緻其(qi)缺乏🛀🏼一定(ding)👾的韌性、塑(su)性。所以表(biao)現出的斷(duan)裂韌性😝較(jiao)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(fa)👽有哪些？

一(yi)、層狀結構(gou)增韌

天然(ran)材料如竹(zhu)子、貝殼等(deng)，綜合性能(neng)很好，是因(yin)其結構呈(cheng)層👀狀分布(bu)。人們從這(zhe)些天然結(jie)構得到啓(qi)示，采😺用仿(pang)生結構來(lai)🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻改善陶瓷(ci)材料的脆(cui)性，提高其(qi)韌性。層狀(zhuang)複合陶瓷(ci)材料是由(you)多層材料(liao)組成。各層(ceng)的彈性模(mo)量、線脹系(xi)數不同，進(jin)而導緻層(ceng)間産⛹🏻‍♀️生宏(hong)觀應👀力，在(zai)表面産生(sheng)壓應力。受(shou)到外力作(zuo)用時，能最(zui)大限度地(di)吸收應變(bian)能，并且使(shi)裂紋沿界(jie)面産生反(fan)複偏轉、拐(guai)折。以此達(da)到提高表(biao)🏊🏾‍♀️面性能和(he)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(shu)約爲氧化(hua)鋁的)倍👾，在(zai)氧化鋁層(ceng)産生應壓(ya)力，裂紋偏(pian)轉能力⛹🏻‍♂️大(da)，所以該材(cai)料有較好(hao)的韌性。層(ceng)狀陶瓷是(shi)一新型材(cai)料，前景廣(guang)闊，但其缺(que)點主要是(shi)弱夾層會(hui)降低材料(liao)強度，平行(hang)和垂直😮‍💨于(yu)夾層方向(xiang)的性質差(cha)别較大，呈(cheng)各向異性(xing)。所以業内(nei)專家提出(chu)了采用強(qiang)夾層的思(si)路，制備出(chu)了ZTA/ 氧化鋁(lü)強夾層，沖(chong)擊韌性達(da)10 Mpa.m1/2以上，是ZTA材(cai)料的2.8倍，氧(yang)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(fu)合陶瓷👱🏼‍♂️進(jin)行了模拟(ni)，發現如💌果(guo)軟層材料(liao)的強度太(tai)高、太低都(dou)會降低整(zheng)體韌性，而(er)提🛌🏻高硬、軟(ruan)層層厚和(he)彈性模量(liang)之比，硬層(ceng)均勻性均(jun)可提高陶(tao)瓷韌性。這(zhe)爲層狀增(zeng)韌陶瓷提(ti)供了一定(ding)的研究💑🏾思(si)路和優化(hua)途徑。

二、纖(xian)維複合增(zeng)韌

研究表(biao)明，連續纖(xian)維對陶瓷(ci)的增韌效(xiao)率較其他(ta)增韌方^法(fa)大，是迄今(jin)爲止陶瓷(ci)系列所能(neng)達到的最(zui)高韌性，可(ke)以達20Mpa.m1/2左右(you)，因此是🧎🏻‍♀️‍➡️改(gai)善陶瓷材(cai)料脆性非(fei)常有效的(de)途徑。該🧑🏾‍🎄方(fang)法把😝強度(du)、彈性模量(liang)較高的纖(xian)維分散在(zai)陶瓷基體(ti)中~。複合材(cai)料在外力(li)作用下，一(yi)部😍分載荷(he)由纖🤑維承(cheng)擔，以此😺來(lai)減輕基體(ti)本身的負(fu)荷。而且，基(ji)體中👩🏼‍❤️‍👨🏾的纖(xian)維在承受(shou)力大于其(qi)強度發生(sheng)斷裂時，纖(xian)維産生拔(ba)出機制。此(ci)外，這些纖(xian)維在基體(ti)中也存在(zai)裂紋橋聯(lian)、偏💑🏾轉來阻(zu)止裂紋的(de)擴展。這3種(zhong)增韌機制(zhi)共👀同作用(yong)使陶瓷材(cai)料的韌性(xing)提高很多(duo)。

目前，用于(yu)氧化鋁陶(tao)瓷的纖維(wei)主要由碳(tan)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(ke)提高增韌(ren)😍效果。在纖(xian)維的使用(yong)形式上，采(cai)用纖維，的(de)三維編織(zhi)物增韌效(xiao)😮‍💨果較好⛹🏻‍♂️。與(yu)纖維類似(si)，目前采用(yong)晶須增韌(ren)氧化鋁瓷(ci)的也較多(duo)，效果也很(hen)好。因晶須(xu)是以單晶(jing)結構生長(zhang)、直徑極小(xiao)（通常小于(yu)3 um）的短纖維(wei)。其晶體缺(que)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(li)論值。理論(lun)和實踐證(zheng)明，把它應(ying)用于陶瓷(ci)的增韌，對(dui)提高韌性(xing)有一定作(zuo)用。如把碳(tan)化矽晶須(xu)（體積分數(shu)可達20%——30%）引入(ru)氧化⛹🏻‍♀️鋁基(ji)陶瓷中，段(duan)韌性可達(da)8——8.5 Mpa.m1/2。

晶須增韌(ren)的機制除(chu)了拔出、裂(lie)紋偏轉、裂(lie)紋橋聯、釘(ding)紮😍等機制(zhi)🏃🏿‍♀️‍➡️外，自身強(qiang)度高也是(shi)一個原因(yin)。因此在理(li)論上，提高(gao)晶須強度(du)、降低其彈(dan)性模量，提(ti)高長徑比(bi)能提高增(zeng)韌效果。纖(xian)維、晶須增(zeng)韌氧化鋁(lü)瓷的缺點(dian)就是混合(he)均勻性很(hen)難保證。

三(san)、自增韌

所(suo)謂自增韌(ren)，就是在一(yi)定的工藝(yi)條件下，生(sheng)長出增韌(ren)、增強😘相。它(ta)在一定程(cheng)度上消除(chu)了基體相(xiang)與增韌相(xiang)在物理或(huo)化學上的(de)不相容性(xing)，而保證了(le)基體相與(yu)增韌相的(de)熱力學穩(wen)定性。對于(yu)氧化鋁陶(tao)瓷而言，異(yi)向生長晶(jing)粒增韌氧(yang)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(zhang)方向，使其(qi)沿某些晶(jing)面優勢生(sheng)長成棒狀(zhuang)、長柱狀，起(qi)到👩‍🍼類似晶(jing)須的增韌(ren)作用。在受(shou)到外來載(zai)荷時，裂😈紋(wen)尾部産生(sheng)橋聯方式(shi)；而且這些(xie)異向生😜長(zhang)的氧化鋁(lü)♌️也會産生(sheng)拔出、裂紋(wen)偏轉等👩🏼‍❤️‍👨🏾增(zeng)韌機制，而(er)使整個氧(yang)化🏊🏾‍♀️鋁陶瓷(ci)的韌性👼🏾得(de)到提高。

四(si)、相變增韌(ren)

這是研究(jiu)比較早而(er)且普遍的(de)一種增韌(ren)方。它是人(ren)爲地🚶🏾‍♀️‍➡️在材(cai)料中造成(cheng)大量的極(ji)細裂紋，以(yi)吸收能量(liang)👩‍🍼、阻止裂紋(wen)擴展。其中(zhong)主要集中(zhong)在ZrO2的的馬(ma)氏體相變(bian)研究上，比(bi)較成👽功的(de)有😜ZTA,ZTM等陶瓷(ci)😮‍💨材料。ZrO2彌🧛🏽散(san)在氧化鋁(lü)基體中，由(you)于二者的(de)線脹系數(shu)不同，冷卻(que)時，ZrO2顆粒受(shou)🙉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(fang)💁🏼‍♀️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(shou)主裂紋的(de)👀能量，達到(dao)增韌效果(guo)😥。這就是應(ying)力誘導相(xiang)🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻變增韌機(ji)制。

在增韌(ren)機理中，除(chu)了ZrO2的誘導(dao)相變機制(zhi)外，相變産(chan)生體積膨(peng)^脹，在🧑🏾‍🎄裂紋(wen)區域向不(bu)發生相變(bian)區擠壓現(xian)象，使裂紋(wen)呈閉合趨(qu)勢，擴展困(kun)難，也可以(yi)提高韌性(xing)。部分研究(jiu)人員用😺體(ti)積分數爲(wei)10%——30%的ZrO2制備ZTA陶(tao)瓷時發現(xian)，ZrO2用量在體(ti)積分數爲(wei)20%時增韌效(xiao)果最好。

陶(tao)瓷增韌技(ji)術在未來(lai)的很長一(yi)段時間都(dou)将是材料(liao)界👀的熱點(dian)技術。陶瓷(ci)材料固有(you)的高強度(du)、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(shi)材料界夢(meng)寐以求的(de)👻高性能材(cai)料，運用領(ling)域極爲廣(guang)泛。下面🧑🏾‍🎄簡(jian)單介紹~一(yi)下氧化鋁(lü)陶瓷的一(yi)些應用♌️吧(ba)。

（一）機械方(fang)面

氧化鋁(lü)陶瓷燒結(jie)産品的抗(kang)彎強度可(ke)達250MPa，熱壓産(chan)品可達500MPa。氧(yang)化👱🏼‍♂️鋁🧑🏽‍🎄陶瓷(ci)的莫氏硬(ying)度可達到(dao)9，加上具有(you)優良的抗(kang)磨🔞損性💑🏾能(neng)等💑🏾，所以廣(guang)泛地用于(yu)制造刀具(ju)、球閥、磨輪(lun)㊙️、陶瓷釘、軸(zhou)承等👺，其中(zhong)以氧化鋁(lü)😁陶瓷刀具(ju)和工業用(yong)閥應用最(zui)廣。

氧化鋁(lü)陶瓷刀具(ju)

氧化鋁陶(tao)瓷刀具的(de)最佳切削(xue)速度比一(yi)般的硬質(zhi)👹合金刀具(ju)高，可大幅(fu)提高對不(bu)同材料的(de)切削效率(lü)。随着ˇ科學(xue)工作者的(de)🧎🏻‍♀️‍➡️大量研究(jiu)，添加其它(ta)成分構成(cheng)兩相或以(yi)固溶體形(xing)式存在于(yu)基體之中(zhong)的氧化鋁(lü)基複合陶(tao)瓷和晶須(xu)增強陶瓷(ci)中。這些技(ji)術彌補了(le)純氧化鋁(lü)陶瓷的不(bu)足，從而提(ti)高了它的(de)切削性能(neng)和耐用度(du)。

（二）電子/電(dian)力方面

在(zai)電子、電力(li)方面，有各(ge)種氧化鋁(lü)陶瓷底闆(pan)、基片、陶👽瓷(ci)膜、透明陶(tao)瓷以及各(ge)種氧化鋁(lü)陶瓷電絕(jue)緣瓷件、電(dian)子材料、磁(ci)性材料等(deng)，其中以氧(yang)化鋁透明(ming)陶瓷和基(ji)片應用最(zui)廣😝。

氧化鋁(lü)透明陶瓷(ci)

當前透明(ming)陶瓷是材(cai)料領域研(yan)究和應用(yong)的重要前(qian)沿方😜向。透(tou)明陶瓷作(zuo)爲一種新(xin)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(lü)、高硬度、高(gao)強度、低介(jie)電常數和(he)介電損耗(hao)、耐磨性和(he)耐腐蝕性(xing)好等一系(xi)列優點。

氧(yang)化鋁陶瓷(ci)基片

氧化(hua)鋁陶瓷基(ji)片具有機(ji)械強度高(gao)、絕緣性好(hao)、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(mi)😸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(you)較廣泛的(de)用途，如氧(yang)化鋁陶瓷(ci)化工填料(liao)球、無機微(wei)濾膜、耐腐(fu)蝕塗層等(deng)，其中以氧(yang)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(lü)陶瓷具有(you)優良的生(sheng)物相容🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻性(xing)、生物惰🧛🏾‍♀️性(xing)、理化穩定(ding)性及高硬(ying)度、高耐磨(mo)性👻，是制備(bei)人造骨和(he)人造關節(jie)的^理想材(cai)料。但它具(ju)有和其他(ta)陶瓷材料(liao)一樣的缺(que)點🎅🏿如脆性(xing)大、斷裂韌(ren)性低、機加(jia)工技術難(nan)度高、工藝(yi)複雜等，因(yin)✡️此需要進(jin)一⛹🏻‍♂️步研究(jiu)應用👌。

（五）建(jian)築/衛生/陶(tao)瓷方面

在(zai)建築衛生(sheng)陶瓷方面(mian)，産品随處(chu)可見，如氧(yang)化鋁陶瓷(ci)襯磚、研磨(mo)介質、輥棒(bang)、陶瓷保護(hu)管以及氧(yang)化鋁質耐(nai)火材料等(deng)。其中以氧(yang)化鋁球磨(mo)介質應用(yong)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(chu)了以上應(ying)用外，還廣(guang)泛應用于(yu)其它一些(xie)高科技領(ling)域，如航空(kong)航天、高溫(wen)工業爐、複(fu)合增強等(deng)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(bei)更加優良(liang)的性能，應(ying)用領域将(jiang)更加👱🏼‍♂️廣泛(fan)。