氧化鋁陶瓷的增韌方法
氧化鋁陶瓷的增韌方法
1.層狀結(jié)構(gòu)增韌
天然材料如竹子、貝殼等，綜合性能很好，是因其結(jié)構(gòu)呈層狀分布。人們從這些天然結(jié)構(gòu)得到啟示，采用仿生結(jié)構(gòu)來(lái)改善氧化鋁陶瓷材料的脆性，提高其韌性。
層狀復(fù)合氧化鋁陶瓷材料是由多層材料組成。各層的彈性模量、線脹系數(shù)不同，進(jìn)而導(dǎo)致層間產(chǎn)生宏觀應(yīng)力，在表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。受到外力作用時(shí)，能大限度地吸收應(yīng)變能，并且使裂紋沿界面產(chǎn)生反復(fù)偏轉(zhuǎn)、拐折。以此達(dá)到提高表面性能和整體韌性的目的。
2.纖維復(fù)合增韌
研究表明，連續(xù)纖維對(duì)氧化鋁陶瓷的增韌效率較其他增韌方法大，是迄今為止陶瓷系列所能達(dá)到的高韌性，可以達(dá)20Mpa.m1/2左右，因此是改善陶瓷材料脆性非常有效的途徑。
該方法把強(qiáng)度、彈性模量較高的纖維分散在氧化鋁陶瓷基體中。復(fù)合材料在外力作用下，一部分載荷由纖維承擔(dān)，以此來(lái)減輕基體本身的負(fù)荷。而且，基體中的纖維在承受力大于其強(qiáng)度發(fā)生斷裂時(shí)，纖維產(chǎn)生拔出機(jī)制。此外，這些纖維在基體中也存在裂紋橋聯(lián)、偏轉(zhuǎn)來(lái)阻止裂紋的擴(kuò)展。
晶須增韌的機(jī)制除了拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋聯(lián)、釘扎等機(jī)制外，自身強(qiáng)度高也是一個(gè)原因。因此在理論上，提高晶須強(qiáng)度、降低其彈性模量，提高長(zhǎng)徑比能提高增韌效果。
3.自增韌
所謂自增韌，就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。
4.相變?cè)鲰g
它是人為地在材料中造成大量的極細(xì)裂紋，以吸收能量、阻止裂紋擴(kuò)展。在材料受到外力作用時(shí)，ZrO2顆粒上的壓力得到松弛，四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?，體積膨脹后在基體中產(chǎn)生微裂紋，而吸收主裂紋的能量，達(dá)到增韌效果。這就是應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g機(jī)制。
在增韌機(jī)理中，除了ZrO2的誘導(dǎo)相變機(jī)制外，相變產(chǎn)生體積膨脹，在裂紋區(qū)域向不發(fā)生相變區(qū)擠壓現(xiàn)象，使裂紋呈閉合趨勢(shì)，擴(kuò)展困難，也可以提高韌性。
氧化鋁陶瓷增韌技術(shù)在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間都將是材料界的熱點(diǎn)技術(shù)。陶瓷材料固有的高強(qiáng)度、耐高溫、低膨脹系數(shù)等特性如果能夠再結(jié)合高韌性，那將是材料界夢(mèng)寐以求的高性能材料，運(yùn)用領(lǐng)域極為廣泛。
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