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氧化鋁陶瓷材料的脆性特點及其增韌方式

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

納米顆粒彌散增韌是提高氧化鋁陶瓷材料強度和韌性簡單的增韌方式，根據(jù)添加顆粒的屬性可以分為剛性顆粒強化和延性顆粒強化。剛性顆粒多為非金屬陶瓷顆粒(非金屬粉末)。因為非金屬粉末具有高彈性模量，作為增韌相添加到Al2O3陶瓷基體中，形成的復合陶瓷材料的韌性強度要比單相Al2O3陶瓷高很多，特別是高溫斷裂韌性。

延性顆粒強化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，不僅可細化Al2O3晶粒，改善燒結(jié)性能，還能以多種方式阻礙裂紋的擴展，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，進而改善氧化鋁陶瓷材料的抗彎強度和斷裂韌性。

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)設計能夠在基體內(nèi)部形成眾多與應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展過程中會發(fā)生反復的僑接拐折，能夠提高材料的整體韌性和對缺陷敏感度。

自增韌技術(shù)是在一定的工藝條件下，生長出增韌、增強相。它在一定程度上消除了基體相與增韌相在物理或化學上的不相容性，而保證了基體相與增韌相的熱力學穩(wěn)定性。對于Al2O3基陶瓷自增韌技術(shù)主要通過在基體中引入添加劑或晶種兩種方式來實現(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程區(qū)內(nèi)張開而分散和吸收能量，使主裂紋擴展阻力增大，從而使斷裂韌性提高。微裂紋增韌在眾多的復相陶瓷體系中得到證實，如ZrO2增韌Al2O3陶瓷材料。

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