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氧化鋁陶瓷材料的脆性特點(diǎn)及其增韌方式

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針對(duì)氧化鋁陶瓷材料的高脆低韌的特點(diǎn)做了大量研究，根據(jù)陶瓷材料的裂紋擴(kuò)展行為及斷裂機(jī)理，可知克服陶瓷脆性的關(guān)鍵是有效減少裂紋源和合理控制裂紋擴(kuò)展速度；提高陶瓷材料自身抵抗裂紋擴(kuò)展能力和盡量避免應(yīng)力在裂紋頂端集中。

納米顆粒彌散增韌是提高氧化鋁陶瓷材料強(qiáng)度和韌性簡(jiǎn)單的增韌方式，根據(jù)添加顆粒的屬性可以分為剛性顆粒強(qiáng)化和延性顆粒強(qiáng)化。剛性顆粒多為非金屬陶瓷顆粒(非金屬粉末)。因?yàn)榉墙饘俜勰┚哂懈邚椥阅Ａ?，作為增韌相添加到Al2O3陶瓷基體中，形成的復(fù)合陶瓷材料的韌性強(qiáng)度要比單相Al2O3陶瓷高很多，特別是高溫?cái)嗔秧g性。

延性顆粒強(qiáng)化Al2O3基陶瓷主要是以金屬顆粒作為增韌相添加到陶瓷材料的基體中。延性金屬單質(zhì)或金屬間化合物顆粒作為增韌相，不僅可細(xì)化Al2O3晶粒，改善燒結(jié)性能，還能以多種方式阻礙裂紋的擴(kuò)展，如金屬粒子的拔出、塑性變形以及裂紋橋接、偏轉(zhuǎn)、釘扎等作用，進(jìn)而改善氧化鋁陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。

目前Al2O3基層狀增韌陶瓷基體大多是由多層彈性模量，線膨脹系數(shù)均不相同的材料構(gòu)成。這樣層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠在基體內(nèi)部形成眾多與應(yīng)力方向垂直的弱界面。在受到外載荷作用下，裂紋在層與層之間弱界面擴(kuò)展過(guò)程中會(huì)發(fā)生反復(fù)的僑接拐折，能夠提高材料的整體韌性和對(duì)缺陷敏感度。

自增韌技術(shù)是在一定的工藝條件下，生長(zhǎng)出增韌、增強(qiáng)相。它在一定程度上消除了基體相與增韌相在物理或化學(xué)上的不相容性，而保證了基體相與增韌相的熱力學(xué)穩(wěn)定性。對(duì)于Al2O3基陶瓷自增韌技術(shù)主要通過(guò)在基體中引入添加劑或晶種兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)Al2O3基陶瓷增韌。

微裂紋增韌是指因熱膨脹失配或相變誘發(fā)出顯微裂紋，這些尺寸很小的微裂紋在主裂紋頂端過(guò)程區(qū)內(nèi)張開(kāi)而分散和吸收能量，使主裂紋擴(kuò)展阻力增大，從而使斷裂韌性提高。微裂紋增韌在眾多的復(fù)相陶瓷體系中得到證實(shí)，如ZrO2增韌Al2O3陶瓷材料。

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