Al2O3陶瓷材料的增韧(2)

除了Ni以外，还有Cu,Mo,Cr,W,Co等多种[25]。它们能使基体

晶粒细化，产生裂纹桥联机制而增加Al2O3瓷的韧性。但金属的含量增加，材料的强度、硬度下降。研究发现，金属与陶瓷的润湿性对整个材料的韧性等性能有很大影响。最初是想集金属、陶瓷的优点于一身，但事与愿违。只有Co,Ni等少数金属及合金对某些碳化物的润湿

Al2O3陶瓷材料的增韧

性好，获得的金属陶瓷性能比较好，如WC+Co刀具材料，而其他材料的效果却不很理想。

从物理化学角度来说，提高组分细度、分散度及表面缺陷，可增

加表面能，改善润湿性等性能。而现在的研究热点———纳米粉末材料，具备表面能大、缺陷多等特点，对润湿性的改善应该说有很好的效果。这又为金属陶瓷燃起了新的希望，所以近年来有很多人在从事这方面的工作[26～28]。

非金属粉末有高的弹性模量和强度，加到基体材料中后，多半存

在于晶界，因此形成的复合材料的韧性、强度比添加金属粉末的要高，尤其是高温断裂韧性。其增韧机制与添加的金属相似，主要也是组织细化、裂纹偏转，使Al2O3瓷韧性可提高一倍多。

近来有许多学者在研究用金属间化合物作弥散相。该化合物性能

介于金属与陶瓷之间，硬度、熔点都比较高。作为第2相仍可细化晶粒、与基体发生桥联、钝化裂纹等作用，对提高高温断裂韧性有一定的作用。但其塑性差，以其塑性来提高陶瓷的韧性，效果不是很好。

Tuan[29]等研究了NiAl,NiAl(Fe)颗粒对Al2O3瓷的增韧效果，发

现加NiAl(Fe)的韧性比加NiAl要高50%。这是因为在Al2O3- NiAl(Fe)系统中裂纹桥接是主要增韧机制。

除了这些，还有用C,Al2TiO5作弥散相的[30]，也取得了一定的

成效。

1.6 细晶增韧

对于传统多晶材料来说，晶粒愈小，强度愈高，韧性也有一定

Al2O3陶瓷材料的增韧

程度的提高。它的强化原理就是利用著名的Hall-Petch关系。而韧化原理是，晶界处的质点比晶粒内质点联系弱，所以多晶材料尤其是脆性材料的破坏总是以沿晶断裂为主。在材料受力沿晶界破坏时，裂纹扩展的路程是迂回、曲折的。晶粒愈细，扩展路程愈长，韧性因此得到提高。

这种方法对强度的提高效果较好，而在微米级晶粒范围，对韧性

的提高作用不是很大。就现在发展的纳米材料而言，从理论上分析，其韧性要比常规材料高。主要是因为界面的各向同性以及在界面附近很难有位错塞积现象发生，这大大降低了应力集中使微裂纹的出现与扩展的几率也大大下降。如TiO2纳米晶粒尺寸在小于100nm时，断裂韧性比常规多晶、单晶TiO2高[31]。但在纯Al2O3材料的研究上，不是很成功。

因此，单纯以细晶来增加Al2O3的韧性，可行性很小。要结合其

他韧化因素发挥协同韧化作用，才能更好地克服Al2O3瓷的脆性。 结束语：

Al2O3的增韧是研究领域的一个热点，从以上多种方法来看其增韧机理主要是：

（1）在裂纹尖端周围分布有非弹性变形区域，如相变增韧。

（2）由纤维、第%相等引起的裂纹桥联、裂纹偏转，拔出效应。

从研究情况来看，这些理论及方法都未能从根本上解决如Al2O3

一类陶瓷的韧性。而纳米复合增韧有望解决这一问题，将是今后陶瓷类材料增韧的一个主要手段及研究方向。此外，还可以从材料设计结合仿生学来设计其微观结构，并且有必要建立新的理论和方法，彻底改善Al2O3陶瓷的韧性问题。

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