在超過2000℃熔點(diǎn)的氧化物中(zhōng)，氧化鋁陶瓷(ci)是最靈活和(he)廉價的材料(liao)。氧化鋁陶瓷(ci)是一種以氧(yang)化鋁（氧化鋁(lǚ)）爲主👌體的💔陶(tao)瓷材料。氧化(huà)鋁陶瓷機械(xiè)強度高、硬度(dù)🛀大、高頻介電(dian)損耗小，又因(yīn)爲它的原料(liào)來源廣、價格(gé)相對便宜、加(jiā)工技術❌較爲(wei)成熟☔，因此，它(tā)被廣泛地應(yīng)用于電子、電(diàn)㊙️器、機械、紡織(zhī)和航空航天(tian)等領域。這也(ye)奠定了它在(zài)❄️陶瓷材料領(ling)域的地位。據(ju)悉，氧化鋁陶(táo)瓷是目前🌏世(shì)界上用量最(zui)大的氧化物(wù)陶瓷材料。

氧(yang)化鋁陶瓷材(cai)料的結構屬(shu)于剛玉型，其(qí)本身具有離(lí)子鍵的特性(xìng)，使得滑移系(xi)統遠沒有金(jīn)屬那麽多，這(zhe)導緻其🔴缺乏(fa)一定的韌性(xìng)、塑性。所以表(biao)現出的斷裂(lie)韌性較低，這(zhè)大大地限制(zhì)了氧化鋁⛱️陶(táo)瓷的廣泛應(yīng)用。那麽氧化(hua)鋁陶瓷的主(zhu)要增韌方法(fǎ)🏃🏻有哪些？

一、層(céng)狀結構增韌(ren)

天然材料如(rú)竹子、貝殼等(deng)，綜合性能很(hen)好，是因其結(jié)構呈層狀分(fen)布。人們從這(zhè)些天然結構(gòu)得到啓示，采(cai)用仿生結㊙️構(gou)來改善陶瓷(ci)材料的脆性(xìng)，提高其韌性(xìng)。層狀複合陶(táo)瓷材料是由(yóu)多層💋材料組(zǔ)成。各層的彈(dan)性模量、線脹(zhang)系數不同，進(jìn)而導♌緻層間(jian)産👣生宏觀應(yīng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力，在表面産(chan)生壓應力。受(shou)到外力作用(yong)時，能最大限(xiàn)度地吸收應(ying)變❓能，并且使(shi)裂紋沿界面(mian)産生反複偏(piān)轉、拐折。以此(ci)達到提高表(biao)面性能和🈲整(zhěng)體韌性的目(mu)的。

例如：氧化(hua)鋁/Ni層狀陶瓷(ci)，利用鎳的線(xiàn)脹系數約爲(wei)氧化鋁的🔞)倍(bèi)，在氧化鋁層(ceng)産生應壓力(li)，裂紋偏轉能(neng)力大，所以該(gāi)材料🔞有較♊好(hǎo)的韌性。層狀(zhuàng)陶瓷是一新(xīn)型材料，前景(jing)廣闊，但其缺(quē)點主要是弱(ruo)夾層會降低(di)材㊙️料強度，平(ping)行和垂直于(yú)夾層方向的(de)性質差别較(jiào)大，呈各向異(yi)性。所以業内(nei)專家提出了(le)采🔅用強夾層(ceng)的思路，制備(bei)出👈了ZTA/ 氧化鋁(lü)強夾層，沖擊(jī)韌性達10 Mpa.m1/2以上(shang)，是ZTA材料的2.8倍(bei)，氧化鋁陶瓷(ci)的5.6倍。一些科(ke)學家通過計(ji)算機對層狀(zhuàng)複合陶瓷💰進(jìn)行了模拟，發(fā)現如果軟層(ceng)材料的強度(du)太高、太低都(dōu)會降低整體(ti)韌性，而提高(gao)硬、軟層層厚(hòu)和彈性☂️模量(liàng)之比，硬層均(jun)勻性均可提(ti)高💘陶瓷韌性(xing)。這爲層狀增(zēng)韌❗陶瓷提供(gòng)了一定的研(yan)究思路和優(yōu)化途徑。

二、纖(xiān)維複合增韌(ren)

研究表明，連(lian)續纖維對陶(táo)瓷的增韌效(xiào)率較其他增(zēng)韌🍓方法大，是(shi)迄今爲止陶(tao)瓷系列所能(neng)達到的最高(gao)韌性，可以達(da)20Mpa.m1/2左右，因此是(shì)改善陶瓷材(cái)料脆性非常(chang)有效的🌈途徑(jìng)。該方法把強(qiang)度、彈性模量(liang)較高的纖維(wéi)🌏分散在陶瓷(cí)基體中🤟。複合(hé)材料在外力(lì)作用下，一部(bu)分載荷由纖(xian)維承擔，以此(ci)來減輕基體(tǐ)本身的負荷(hé)。而且，基體中(zhong)的纖維在承(cheng)受力大于其(qí)強度發🥵生斷(duàn)裂時，纖維🎯産(chan)生拔出機制(zhi)🔴。此外，這些纖(xian)維在基體中(zhong)也存在裂紋(wén)橋聯、偏轉來(lái)阻止裂紋的(de)👄擴展。這3種增(zeng)韌機制共同(tong)作用使陶瓷(cí)材料的韌性(xing)提高很多。

目(mù)前，用于氧化(hua)鋁陶瓷的纖(xiān)維主要由碳(tàn)纖維、碳化矽(xī)纖維、矽酸鋁(lü)纖維等多種(zhong)。研究發現，提(ti)高纖維的長(zhǎng)徑比可提高(gao)增韌🏒效果。在(zài)纖維的使用(yong)形式上，采用(yòng)纖維，的三維(wei)編織物增韌(rèn)效果較好。與(yǔ)纖維類似，目(mu)前采用晶須(xu)增韌⭐氧化鋁(lü)瓷的也較多(duo)，效果也很🌈好(hao)。因晶須是以(yǐ)單晶結構生(shēng)長、直徑極小(xiǎo)（通常小于3 um）的(de)短纖維。其晶(jīng)體缺陷少，原(yuan)子排列高度(du)有序，強度接(jiē)近相鄰原子(zi)間成鍵力🌍的(de)理論值。理論(lun)和實踐證明(ming)，把它應用于(yú)陶瓷的增韌(ren)，對提高韌❌性(xìng)🔅有一定作用(yong)。如把碳化矽(xī)晶須（體積分(fen)數可達20%——30%）引入(ru)氧化鋁基❓陶(tao)瓷中，段韌性(xing)可達8——8.5 Mpa.m1/2。

晶須增(zēng)韌的機制除(chú)了拔出、裂紋(wen)偏轉、裂紋橋(qiáo)聯、釘紮等機(jī)制外，自身強(qiáng)度高也是一(yī)個原因。因此(ci)在理論上🏃🏻，提(ti)高晶須強度(dù)、降低其彈性(xing)模量，提高長(zhang)徑比能提高(gao)增韌效果。纖(xiān)維、晶須增韌(rèn)氧化鋁瓷的(de)缺點就是混(hun)合均勻性很(hen)難保證。

三、自(zì)增韌

所謂自(zì)增韌，就是在(zai)一定的工藝(yi)條件下，生長(zhang)出增韌🍓、增強(qiang)相。它在一定(ding)程度上消除(chú)了基體相與(yu)增韌相在物(wù)理或化學上(shàng)💯的不相容性(xìng)，而保證了基(ji)體相與增韌(rèn)相的熱力學(xué)穩定性。對于(yu)氧化鋁陶瓷(cí)而言，異向生(sheng)長晶粒增韌(rèn)氧化鋁成爲(wei)克服氧化鋁(lü)陶瓷脆性的(de)研究熱點。其(qí)主要機理是(shì)通過工藝措(cuo)施，控制氧化(hua)鋁晶粒的生(sheng)長方向，使其(qí)沿某些晶面(mian)優勢🧑🏽‍🤝‍🧑🏻生長成(chéng)棒狀、長柱狀(zhuàng)，起到類似晶(jīng)須👉的增韌作(zuo)用。在🤟受到外(wai)來載荷時，裂(liè)紋尾部産生(shēng)橋聯方✔️式；而(ér)且這些異向(xiang)生長的氧化(hua)鋁也會産生(shēng)拔出、裂紋偏(piān)轉等增韌機(jī)制，而使整個(ge)氧化鋁陶瓷(cí)的韌性得到(dào)提高🔞。

四、相變(bian)增韌

這是研(yán)究比較早而(ér)且普遍的一(yī)種增韌方。它(ta)是人爲🆚地在(zài)材料中造成(chéng)大量的極細(xi)裂紋，以吸收(shōu)能量、阻止裂(lie)紋🐪擴展。其中(zhōng)主要集中在(zai)ZrO2的的馬氏體(tǐ)相變研究上(shang)，比較成功的(de)有ZTA,ZTM等陶瓷材(cai)料。ZrO2彌散在氧(yang)化鋁🈚基體中(zhōng)，由于二者的(de)線脹系數不(bu)同，冷卻時，ZrO2顆(ke)粒受到壓應(ying)力，相🐉變受阻(zu)。而後，在材料(liào)受到外力作(zuo)用時，ZrO2顆粒上(shang)的壓力🔴得到(dao)松弛，四方相(xiàng)轉變爲單斜(xié)相，體積膨脹(zhang)後🈚在基體中(zhōng)産生微裂紋(wen)，而吸收主裂(liè)紋的能量，達(dá)到增韌效果(guǒ)。這就是應力(lì)誘導㊙️相變增(zeng)韌機制。

在增(zeng)韌機理中，除(chú)了ZrO2的誘導相(xiang)變機制外，相(xiàng)變産生體積(jī)❌膨脹，在裂紋(wen)區域向不發(fa)生相變區擠(jǐ)壓現象✂️，使裂(lie)💛紋呈閉合趨(qū)勢，擴展♈困難(nán)，也可以提高(gāo)韌性。部分研(yán)究人員用🌏體(tǐ)積分數爲10%——30%的(de)ZrO2制備ZTA陶🍉瓷時(shi)發現，ZrO2用量在(zài)體積🍉分數爲(wei)20%時增韌效果(guǒ)最好。

陶瓷增(zeng)韌技術在未(wei)來的很長一(yi)段時間都将(jiang)是材料界的(de)熱點技術。陶(tao)瓷材料固有(yǒu)的高強度、耐(nai)高溫、低膨脹(zhang)系數等特性(xing)如果能夠再(zai)結合高韌性(xing)，那将是材料(liao)界夢寐以求(qiu)的高性能材(cái)料，運🌂用領域(yu)極爲廣泛。下(xia)面簡單介紹(shào)🤩一下氧化鋁(lü)陶瓷的一些(xiē)應用吧。

（一）機(ji)械方面

氧化(huà)鋁陶瓷燒結(jie)産品的抗彎(wān)強度可達250MPa，熱(re)壓産品可達(da)500MPa。氧化📐鋁陶瓷(cí)的莫氏硬度(dù)可達到9，加上(shàng)具有優良的(de)抗磨損性能(néng)等，所以廣泛(fàn)地用于制造(zào)刀具、球閥、磨(mó)輪、陶瓷釘、軸(zhóu)承等✊，其中以(yǐ)氧化鋁陶瓷(ci)刀具和工業(yè)用閥應用最(zui)廣。

氧化鋁陶(tao)瓷刀具

氧化(huà)鋁陶瓷刀具(jù)的最佳切削(xue)速度比一般(ban)的硬質合金(jin)刀具高，可大(da)幅提高對不(bu)同材料的切(qie)削效率。随着(zhe)科學工作者(zhě)的大量研究(jiu)，添加其它成(chéng)分構成兩相(xiàng)或以固溶體(tǐ)形式🚶‍♀️存在于(yu)基體之😘中的(de)氧化鋁基複(fu)合陶瓷和晶(jīng)須增強陶瓷(ci)中。這些技術(shu)彌補了純氧(yǎng)化鋁陶♍瓷的(de)不足，從而提(tí)高了它的切(qie)削性能和耐(nai)用度。

（二）電子(zi)/電力方面

在(zài)電子、電力方(fāng)面，有各種氧(yang)化鋁陶瓷底(di)闆、基片、陶瓷(cí)膜、透明陶💞瓷(cí)以及各種氧(yǎng)化鋁陶瓷電(diàn)絕緣瓷件、電(diàn)子材料、磁性(xìng)材料等，其中(zhōng)以氧化鋁透(tou)明陶瓷和基(jī)片應用最廣(guǎng)。

氧化鋁透明(míng)陶瓷

當前透(tòu)明陶瓷是材(cai)料領域研究(jiū)和應用的重(zhòng)要前沿方向(xiang)。透明陶瓷作(zuo)爲一種新型(xing)材料，除了本(běn)身具有寬範(fàn)圍的透光性(xing)💛外，還具有高(gāo)熱導率、低電(diàn)導率、高硬度(du)、高強度、低介(jiè)電常數和介(jie)電損耗、耐磨(mó)性和耐腐蝕(shí)性好等一系(xì)列優點。

氧化(huà)鋁陶瓷基片(pian)

氧化鋁陶瓷(cí)基片具有機(ji)械強度高、絕(jue)緣性好、避光(guāng)性高等💯優良(liang)性能，廣泛用(yong)于多層布線(xiàn)陶瓷基片、電(diàn)子封裝及高(gāo)密度封裝基(ji)片。

（三）化工方(fāng)面

在化工應(yīng)用方面，氧化(huà)鋁陶瓷也有(you)較廣泛的用(yong)途，如氧化鋁(lü)陶瓷化工填(tián)料球、無機微(wēi)濾膜、耐腐蝕(shí)塗層等，其中(zhōng)以氧化鋁陶(tao)瓷膜和塗層(céng)的研究和應(ying)用🚩最多。

（四）醫(yi)學方面

在醫(yi)學方面，氧化(hua)鋁更多的是(shì)用于制造人(ren)工骨、人工㊙️關(guan)節、人工牙齒(chi)等。氧化鋁陶(tao)瓷具有優良(liáng)的生物相容(rong)性、生物惰⛷️性(xìng)、理⚽化穩定性(xing)及高硬度、高(gāo)耐磨性，是制(zhi)備人造骨♻️和(hé)人造關節的(de)♉理想材🌍料。但(dan)它具有和其(qi)他陶瓷材料(liao)一樣的缺點(dian)如脆性大、斷(duan)裂韌性㊙️低、機(jī)加工技術難(nán)度高、工藝複(fú)雜等，因此需(xu)要進一步研(yán)究應用。

（五）建(jiàn)築/衛生/陶瓷(cí)方面

在建築(zhu)衛生陶瓷方(fang)面，産品随處(chù)可見，如氧化(huà)鋁陶瓷襯🚶磚(zhuān)、研磨介質、輥(gun)棒、陶瓷保護(hù)管以及氧化(huà)鋁質耐火材(cai)料等。其中以(yǐ)♍氧化鋁球磨(mo)介質應用最(zui)廣。

材料科學(xue)的魅力就在(zai)于取長補短(duan)，造就理想材(cai)料㊙️。氧化鋁陶(tao)瓷🌐除了以上(shang)應用外，還廣(guang)泛應用于其(qi)它一些❌高科(kē)🔞技領域，如航(háng)空航天、高溫(wen)工業爐、複合(he)增強等領域(yù)。在增韌技術(shù)的不斷發展(zhǎn)中，氧化鋁陶(táo)瓷🈲材料必将(jiang)具備更加優(yōu)良的性⛹🏻‍♀️能，應(ying)用領域将更(geng)加廣泛。