氧化鋁陶瓷如何增韌

發(fā)布時間：2019/7/24 10:57:06 關(guān)注量：1569

氧化鋁陶瓷具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨損、質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上生產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣的工業(yè)陶瓷材料
氧化鋁增韌陶瓷在航天航空等斟防尖端技術(shù)領(lǐng)域和機(jī)械、冶金、化工等一般工業(yè)領(lǐng)域均有著廣闊的應(yīng)用前景，但其最致命的力學(xué)弱點(diǎn)便是其本身的脆性，這是由這類材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的。陶瓷材料中的化學(xué)鍵以共價鍵和離子鍵為主，這兩類化學(xué)鍵都具有強(qiáng)的方向性和較高的結(jié)合強(qiáng)度，這就使得結(jié)構(gòu)中難以發(fā)生顯著的位錯運(yùn)動。因而限制了其實(shí)際應(yīng)用范圍的進(jìn)一步推廣。因此，陶瓷特別是氧化鋁陶瓷的韌化變成了近年來結(jié)構(gòu)陶瓷材料研究的核心課題。
氧化鋁陶瓷的增韌方法:
一、氧化鋯增韌
對氧化鋁陶瓷的增韌是目前使用最多的增韌方法是納米氧化增韌。當(dāng)氧化鋁中加入純Zr02，粒子形成ZrO2增韌氧化鋁陶瓷時，當(dāng)添加含量適當(dāng)時，可使韌性顯著提高。其韌化效果主要來源于以下機(jī)理：1.使氧化鋁晶?；w細(xì)化。2. 氧化鋯相變韌化。3.顯微裂紋韌化。4. 裂紋轉(zhuǎn)向與分叉。
使用高純氧化鋁陶瓷與ZrO2增韌氧化鋁陶瓷力學(xué)性能對比：
99%氧化鋁陶瓷氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷
密度 3.85 3.93
抗折強(qiáng)度 350MPa 480MPa
抗壓強(qiáng)度 3600MPa 3300MPa
二、晶須、纖維增韌
晶須是具有一定長徑比(直徑0.1—1.8 um，長35-l50um)，且缺陷少的陶瓷單晶。具有很高的強(qiáng)度，是一種非常好的陶瓷基復(fù)合材料的增韌增強(qiáng)體；纖維長度較陶瓷晶須長數(shù)倍，也是一種很好的陶瓷增韌體，同時兩者可復(fù)合實(shí)用。用SiC、Si3N4等晶須或C、SiC等長纖維對氧化鋁陶瓷進(jìn)行復(fù)合增韌。晶須或纖維的加入可以增加斷裂表面，即增加了裂紋的擴(kuò)展通道。當(dāng)裂紋擴(kuò)展的剩余能量滲入到纖維(晶須)，發(fā)生纖維(晶須)的拔出、脫粘和斷裂時，導(dǎo)致斷裂能被消耗或裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)等，從而使耐磨陶瓷韌性得到提高。但當(dāng)晶須、纖維含量較高時，由于其拱橋效應(yīng)而使致密化變得困難，從而引起密度的下降和性能下降。
三、顆粒增韌
在氧化鋁材料中加入一定粒度的具有高彈性模量的顆粒(如SiC、TiC、TiN等)可以在材料斷裂時促使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)和分又，消耗斷裂能，從而提高韌性。盡管顆粒增韌效果不如晶須、纖維，但用顆粒作為增韌劑制作顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料，其原料混合均勻化及燒結(jié)致密化都比纖維、品須復(fù)合材料簡便易行。納米顆粒復(fù)相陶瓷是在陶瓷基體中引入納米級的第二相增強(qiáng)粒子，通常小于0.3um，可使材料的室溫和高溫性能大幅度提高，特別是強(qiáng)度值，上升幅度更大。
四、氧化鋁自增韌
采用納米氧化粉末制備的陶瓷不加增塑劑仍舊在低溫下顯出極好的超塑性。納米氧化鋁對改善陶瓷晶粒的形狀、品界特性等起到了很好的效果。通過合理選擇成分及工藝，使一部分氧化鋁晶粒在燒結(jié)中原位發(fā)育成具有較高長徑比的柱狀晶粒，從而獲得晶須的一種增韌機(jī)制。這也稱為原位增韌，這種技術(shù)消除了基體相與增強(qiáng)相界面的不相容性，保證了基體相與增強(qiáng)相的熱力學(xué)穩(wěn)定，并使界面干凈，結(jié)合良好。
另外，控制顯微結(jié)構(gòu)；改變晶粒形狀、粒徑、品界特性、氣孔率等提高其斷裂韌性；使用亞微細(xì)且各向分布均勻氧化鋁；提高氧化鋁粉純度，改善組織結(jié)構(gòu)。這些都是增加氧化鋁陶瓷韌性的有效手段。

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