什么是氧化鋁陶瓷的增韌,其方法有哪些？
氧化鋁陶瓷和增韌固名思義就是對陶瓷的韌度調(diào)整增加，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(jià)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(cuò)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鋯（VK-R50）增韌。當(dāng)氧化鋁中加入純Zr02（VK-R50），粒子形成ZrO2（VK-R50）增韌氧化鋁陶瓷時(shí)，當(dāng)添加含量適當(dāng)時(shí)，可使韌性顯著提高。其韌化效果主要來源于以下機(jī)理：1.使氧化鋁晶粒基體細(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（VK-R50）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 硬度 1900HV 1600HV 抗沖擊強(qiáng)度 5MPam1/2 7MPam1/2
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(shí)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(shí)，導(dǎo)致斷裂能被消耗或裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)等，從而使復(fù)合材料韌性得到提高。但當(dāng)晶須、纖維含量較高時(shí)，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(shí)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 采用納米氧化鋁（VK-L30）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（VK-L30）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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