中国粉体网讯 氧化铝陶瓷由于其耐高温、高硬度、耐磨损和耐腐蚀等金属材料难以相比的优点，已广泛应用于汽车发动机、航空航天、国防军工、冶金、医疗、光学、机械电子、化工等领域。但它同大多数陶瓷材料一样，存在着抗热震性差和断裂韧性低等缺点，这严重限制了其应用，因此，提高氧化铝陶瓷材料韧性至关重要。
氧化铝陶瓷的增韧方式包括自增韧、颗粒增韧、纤维增韧、相变增韧、层状增韧以及协同增韧等方式。
自增韧
自增韧是微结构设计增韧的一种有效增韧手段，它是通过引入添加剂或晶种，使氧化铝陶瓷在烧结过程中形成有利于氧化铝晶粒异向生长成为板状、棒状、长柱状的晶粒动力学条件，达到增韧氧化铝陶瓷的效果。自增韧运用原位复合技术为指导，利用材料物理化学原理原位合成自补强的陶瓷基复合材料，这种增韧技术不仅使增韧相颗粒与基体的相容性更好，同时还简化工艺，降低制备成本，提高了陶瓷材料的高温性能。自增韧也存在其缺点，如增韧效果不明显、诱导剂或晶种难于寻找等。
颗粒弥散增韧
颗粒弥散增韧机理主要有切应力阻碍微裂纹扩展增韧、热应力诱导微裂纹增韧、弱化应力集中增韧、微裂纹偏转与分支及细化基体晶粒。氧化铝陶瓷材料选用的粘结剂如铝、镍、铬等韧性金属颗粒作为增韧相，主要借助于金属的塑性变形来吸收外加载荷。其主要增韧机理是当裂纹遇到增韧相时，发生裂纹移位或在颗粒处发生偏转，以此消耗裂纹尖端的能量，达到增韧的目的。因其与温度无关，颗粒弥散增韧可以用来作为高温增韧的方法。
金属颗粒增韧：陶瓷材料的力学性能可以通过添加金属颗粒相得以提高，颗粒弥散相可以引入延性金属相，延性金属相也被证明是一种很有前途的增韧方法，例如Al、Ni、Ag、Cu、Fe等。金属粒子引入陶瓷基体中，不仅改善了陶瓷的烧结性能，还阻碍了裂纹的扩展。
非金属颗粒增韧：虽然金属颗粒能使陶瓷材料的韧性增加，但由于金属本身较软，使得陶瓷材料的整体硬度和强度下降。为了克服金属颗粒对陶瓷材料的不良影响，研究者开始采用SiC、TiC、WC、TiB2、ZrB2等非金属颗粒增韧氧化铝陶瓷。
晶须（纤维）增韧
晶须（纤维）增韧可以通过外加晶须（纤维）法和原位生长晶须（纤维）法添加到Al2O3陶瓷基体中混合成形烧结得到增韧陶瓷。晶须（纤维）除了可以来分担外加的载荷还能与陶瓷基体的弱界面结合吸收系统外来能量，从而改善陶瓷材料脆性。
晶须增韧：晶须增韧Al2O3基陶瓷是研究得比较早的一种陶瓷基复合材料，晶须的宏观形态和粉末颗粒一样，因此可以直接将晶须分散后与基体粉末混合均匀即可，通过热压烧结法或常压烧结法，即可制得致密的陶瓷刀具材料。由于晶须自身的结构使得晶须有很好的力学性能，成为陶瓷基复合材料的增强相。常用的晶须有SiC、Al2O3、ZrO2、SiO2、Si3N4和莫来石等。
纤维增韧：为了达到纤维复合增韧的目的，纤维与基体材料之间必须满足2个条件：起增强作用的纤维的弹性系数必须高于氧化铝陶瓷基体；纤维与基体之间必须是相容的。常用的增强纤维有碳纤维、SiC纤维等，Al2O3基体和各种纤维之间的结合不是简单的混合物，而是一种有机的复合体，是通过非常薄的界面有机结合在一起。
相变增韧
氧化锆在1170℃和2370℃分别发生从单斜相(m)向四方相(t)的相变和从四方相(t)向单斜相(m)的相变，t-m相变为马氏体相变，伴有5%的体积膨胀，在氧化锆中加入适量的稳定剂如MgO、CaO等，通过适当的加热和冷却，可以将四方氧化锆相稳定到室温，这种氧化锆在受到外界应力情况下，会发生t-m相变产生体积膨胀，使材料具有很高的强度和韧性，可以对氧化铝陶瓷进行增韧。
层状增韧
人们由于受到自然界中贝壳微观结构的启发，萌生了层状增韧陶瓷结构设计的构想。目前Al2O3基层状增韧陶瓷基体大多是由多层弹性模量，线膨胀系数均不相同的材料构成。这样层状结构设计能够在基体内部形成众多与应力方向垂直的弱界面。在受到外载荷作用下，裂纹在层与层之间弱界面扩展过程中会发生反复的侨接、拐折，能够提高材料的整体韧性和对缺陷敏感度。
协同增韧
随着纳米复合陶瓷材料增韧技术发展，通过将多种增韧方法结合起来进一步提高陶瓷断裂韧性的技术手段，逐渐成为了近年来的研究的热点。协同增韧就是通过两种或者两种以上的增韧方式协同作用达到陶瓷材料增韧的目的，目前应用较为广泛的有相变/颗粒协同增韧、晶须/颗粒协同增韧、原位/纤维协同增韧等。
结语
以上几种增韧方式都使氧化铝陶瓷材料的韧性得到了一定的改善，但仍存在不足之处。运用自增韧方式增韧氧化铝陶瓷，通过形核和生长过程控制可以生成柱状或板状的氧化铝晶粒，起到一定的增韧效果，但是异相生长晶粒氧化铝陶瓷制备工艺不够成熟；颗粒弥散增韧简单廉价，但增韧效果有限；晶须等一维纳米材料增韧氧化铝陶瓷有较好的效果，但生产工艺较复杂，尚不能应用于工业化生产，而且制备陶瓷材料过程中，增强体材料容易发生偏聚，易导致增韧效果不理想，还可能导致力学性能下降；相变增韧中氧化锆在受应力作用时产生马氏体相变而起到增韧作用，但这种增韧效果随着温度升高而急剧下降，这严重限制了材料的高温性能；层状增韧在烧结过程中很容易在层间或胚体内部形成缺陷，使层与层之间很难协调增韧；协同增韧氧化铝陶瓷材料能弥补单一增韧方法的不足，极大的发挥不同增韧方式的优点，因此协同增韧是未来氧化铝陶瓷增韧发展的趋势。
参考资料：
储爱民、王志谦等.Al2O3基陶瓷材料增韧的研究进展
赵介难、张宁等.Al2O3基陶瓷材料的增韧研究进展
曹晶晶.原位增韧Al2O3陶瓷基复合材料的制备与性能研究
谢佳慧.韧性氧化铝陶瓷的国内外研究状况和制备工艺
（中国粉体网编辑整理/初末）
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