二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理和應(yīng)用

二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理和應(yīng)用一、本文概述本文旨在深入探討二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理及其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。作為一種重要的工程材料，二氧化鋯陶瓷因其出色的物理和化學(xué)性質(zhì)，如高硬度、高耐磨性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性等，在航空航天、機(jī)械、電子、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，其脆性大的特點(diǎn)限制了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。為了解決這個(gè)問題，科研工作者們發(fā)現(xiàn)，通過控制二氧化鋯陶瓷中的相變過程，可以有效地提高其韌性，這就是所謂的相變增韌機(jī)理。本文將首先介紹二氧化鋯陶瓷的基本性質(zhì)，包括其晶體結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性質(zhì)等。然后，將重點(diǎn)闡述相變增韌機(jī)理，包括其原理、影響因素以及實(shí)現(xiàn)方法。在此基礎(chǔ)上，本文將進(jìn)一步探討二氧化鋯陶瓷在航空航天、機(jī)械、電子、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用，以及在這些應(yīng)用中如何利用相變增韌機(jī)理來提高其性能。本文還將對二氧化鋯陶瓷的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以期為其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。二、二氧化鋯陶瓷的基本性質(zhì)二氧化鋯（ZrO?）陶瓷是一種具有獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)的先進(jìn)陶瓷材料。它的主要特點(diǎn)包括高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、高化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的隔熱性能。二氧化鋯陶瓷還具有一種特殊的性質(zhì)，即其在一定條件下可以發(fā)生相變，這種性質(zhì)為二氧化鋯陶瓷的增韌提供了可能。在常溫下，二氧化鋯陶瓷主要以單斜晶相（m-ZrO?）存在，這種晶相具有較高的穩(wěn)定性。然而，當(dāng)受到外部應(yīng)力或溫度升高的影響時(shí)，部分單斜晶相二氧化鋯會轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄啵╰-ZrO?）。這種相變過程中，二氧化鋯的體積會發(fā)生變化，產(chǎn)生微小的應(yīng)力場，這些應(yīng)力場可以吸收并分散外部施加的應(yīng)力，從而阻止裂紋的擴(kuò)展，提高陶瓷的韌性。除了相變增韌外，二氧化鋯陶瓷還可以通過添加穩(wěn)定劑（如氧化釔、氧化鈣等）來穩(wěn)定其四方晶相，使其在室溫下就能保持較高的韌性。這種穩(wěn)定化處理不僅可以提高二氧化鋯陶瓷的力學(xué)性能，還可以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。二氧化鋯陶瓷的基本性質(zhì)為其在增韌機(jī)制和實(shí)際應(yīng)用中提供了重要的基礎(chǔ)。其獨(dú)特的相變行為和穩(wěn)定化處理使得二氧化鋯陶瓷成為一種具有廣闊應(yīng)用前景的先進(jìn)陶瓷材料。三、相變增韌機(jī)理二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理主要依賴于其獨(dú)特的四方相（t-ZrO?）到單斜相（m-ZrO?）的相變行為。在應(yīng)力作用下，t-ZrO?中的四方氧離子會發(fā)生位移，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)從四方相向單斜相轉(zhuǎn)變。這一相變過程中，伴隨著體積的膨脹和剪切應(yīng)力的產(chǎn)生。當(dāng)四方氧化鋯顆粒分散在陶瓷基體中時(shí)，這些顆粒在受到外力作用時(shí)會發(fā)生相變，從而吸收大量的能量并產(chǎn)生微觀裂紋。這些裂紋能夠有效地分散主裂紋的擴(kuò)展路徑，提高陶瓷的韌性。相變過程中產(chǎn)生的體積膨脹會導(dǎo)致顆粒周圍產(chǎn)生壓應(yīng)力，這種壓應(yīng)力可以抵消部分由外部載荷引起的拉應(yīng)力，從而進(jìn)一步增強(qiáng)陶瓷的抗斷裂能力。相變增韌機(jī)制不僅提高了二氧化鋯陶瓷的韌性，還保持了其高強(qiáng)度和高硬度的特性，使其在陶瓷材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。為了充分發(fā)揮相變增韌的效果，通常需要對二氧化鋯陶瓷進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如控制顆粒大小、分布和形貌等。還可以通過添加穩(wěn)定劑或增韌劑來調(diào)節(jié)相變行為和增韌效果，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。例如，在牙科陶瓷、陶瓷刀具、陶瓷磨具和陶瓷裝甲等領(lǐng)域，相變增韌的二氧化鋯陶瓷已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。四、二氧化鋯陶瓷的應(yīng)用二氧化鋯陶瓷，以其獨(dú)特的相變增韌機(jī)理，展現(xiàn)出了在多個(gè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用前景。這種材料的硬度高、韌性好、耐磨性強(qiáng)，同時(shí)還具有優(yōu)良的抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性，因此在許多關(guān)鍵領(lǐng)域都有著不可替代的重要作用。在醫(yī)療領(lǐng)域，二氧化鋯陶瓷被廣泛應(yīng)用于牙科和骨科。作為牙科植入材料，其生物相容性好，耐磨性強(qiáng)，可以有效提高患者的生活質(zhì)量。在骨科領(lǐng)域，二氧化鋯陶瓷因其高強(qiáng)度和良好的生物相容性，被用作人工關(guān)節(jié)和骨螺釘?shù)戎踩胛?，為許多患者帶來了福音。在工業(yè)生產(chǎn)中，二氧化鋯陶瓷因其高硬度、高耐磨性和優(yōu)良的抗熱震性，被廣泛應(yīng)用于切削工具、磨具和耐磨零件等領(lǐng)域。例如，在石油、化工和礦山等行業(yè)中，二氧化鋯陶瓷制成的耐磨零件可以有效提高設(shè)備的使用壽命和工作效率。二氧化鋯陶瓷還在電子、航空航天和核能等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。在電子領(lǐng)域，二氧化鋯陶瓷因其高介電常數(shù)和低介電損耗，被用作電容器和絕緣材料等。在航空航天領(lǐng)域，其輕質(zhì)、高強(qiáng)度和良好的抗熱震性使其成為制造飛機(jī)、火箭等高性能飛行器的理想材料。在核能領(lǐng)域，二氧化鋯陶瓷因其優(yōu)良的抗輻射性能，被用作核反應(yīng)堆中的結(jié)構(gòu)材料和隔熱材料等。二氧化鋯陶瓷憑借其獨(dú)特的相變增韌機(jī)理和優(yōu)良的性能，在醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、電子、航空航天和核能等多個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科技的不斷進(jìn)步和人們對材料性能要求的不斷提高，二氧化鋯陶瓷的應(yīng)用前景將更加廣闊。五、研究現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理自被發(fā)現(xiàn)以來，就引起了材料科學(xué)界的廣泛關(guān)注。隨著研究的深入，人們已經(jīng)對二氧化鋯陶瓷的相變過程、增韌效果及其影響因素有了較為全面的理解。當(dāng)前，關(guān)于二氧化鋯陶瓷相變增韌的研究已經(jīng)拓展到多個(gè)領(lǐng)域，包括材料制備、性能測試、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用開發(fā)等。然而，盡管二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理在理論上已經(jīng)相對成熟，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。制備高質(zhì)量的二氧化鋯陶瓷需要高精度的工藝控制，這對生產(chǎn)設(shè)備的精度和穩(wěn)定性提出了較高的要求。二氧化鋯陶瓷的相變過程受到多種因素的影響，如溫度、壓力、應(yīng)力狀態(tài)等，如何在復(fù)雜的使用環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的相變增韌效果是一個(gè)亟待解決的問題。二氧化鋯陶瓷的脆性仍然是限制其應(yīng)用的一大難題，如何在保持高韌性的同時(shí)提高陶瓷的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。未來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信會有更多的創(chuàng)新方法和技術(shù)手段被應(yīng)用到二氧化鋯陶瓷的相變增韌研究中。隨著人們對二氧化鋯陶瓷性能認(rèn)識的深入，其在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的應(yīng)用也將得到進(jìn)一步的拓展。面對挑戰(zhàn)，科研人員需要不斷探索和創(chuàng)新，以推動(dòng)二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理和應(yīng)用研究取得更大的突破。六、結(jié)論在本文中，我們對二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究和探討。通過對其獨(dú)特的相變行為、增韌機(jī)制以及在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行綜合分析，我們可以得出以下二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理主要基于其從四方相到單斜相的轉(zhuǎn)變。在受到外界應(yīng)力作用時(shí)，四方相二氧化鋯會發(fā)生馬氏體相變，轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?，并伴隨著體積的膨脹。這種相變能夠有效地吸收和分散應(yīng)力，從而提高陶瓷的韌性。相變過程中產(chǎn)生的微裂紋也能夠起到增韌的作用，進(jìn)一步提高陶瓷的抗斷裂能力。二氧化鋯陶瓷在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在牙科和骨科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，由于其良好的生物相容性和機(jī)械性能，二氧化鋯陶瓷被廣泛應(yīng)用于制作牙齒和骨骼植入物。在陶瓷工業(yè)中，二氧化鋯陶瓷的高硬度和耐磨性使其成為制造切割工具、磨具和耐磨部件的理想材料。在航空航天、電子和光學(xué)等領(lǐng)域，二氧化鋯陶瓷也發(fā)揮著重要作用。然而，盡管二氧化鋯陶瓷具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，相變增韌機(jī)理可能受到溫度、應(yīng)變速率等因素的影響，導(dǎo)致增韌效果的不穩(wěn)定。因此，未來的研究應(yīng)進(jìn)一步探索如何優(yōu)化二氧化鋯陶瓷的制備工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高其性能穩(wěn)定性和應(yīng)用范圍。二氧化鋯陶瓷的相變增韌機(jī)理和應(yīng)用研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。通過深入了解其相變行為和增韌機(jī)制，我們可以更好地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)并克服其局限性，為拓展其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供有力支持。參考資料：氧化鋯陶瓷基復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。然而，其脆性限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的進(jìn)一步發(fā)展。為了改善其力學(xué)性能，許多研究者致力于對氧化鋯陶瓷基復(fù)合材料的改性研究。其中，石墨烯作為一種新型的二維納米材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于陶瓷基復(fù)合材料的增韌。本文采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，將石墨烯增韌的氧化鋯陶瓷基復(fù)合材料制備成樣品。將石墨烯與氧化鋯粉末混合，通過球磨法使石墨烯均勻分散在氧化鋯粉末中。然后，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)在高溫下將混合粉末燒結(jié)成復(fù)合材料。力學(xué)性能分析：對制備得到的復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果表明，石墨烯的加入顯著提高了氧化鋯陶瓷基復(fù)合材料的韌性。在石墨烯含量適當(dāng)時(shí)，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性均得到顯著提升。增韌機(jī)制探討：通過觀察斷口形貌和微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)石墨烯在復(fù)合材料中起到了橋接和拔出作用，有效地吸收了裂紋擴(kuò)展的能量，緩解了應(yīng)力集中，從而提高了復(fù)合材料的韌性。溫度對力學(xué)性能的影響：我們還研究了溫度對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著溫度的升高，復(fù)合材料的力學(xué)性能呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。本文通過放電等離子燒結(jié)石墨烯增韌氧化鋯陶瓷基復(fù)合材料，研究了其力學(xué)性能。結(jié)果表明，石墨烯的加入顯著提高了氧化鋯陶瓷基復(fù)合材料的韌性。這一研究為制備高性能氧化鋯陶瓷基復(fù)合材料提供了新的思路和方法。氧化鋯陶瓷呈白色，含雜質(zhì)時(shí)呈黃色或灰色，一般含有HfO2，不易分離。氧化鋯陶瓷，ZrO2陶瓷，ZirconiaCeramic具有熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高、硬度大、常溫下為絕緣體、而高溫下則具有導(dǎo)電性等優(yōu)良性質(zhì)。世界上已探明的鋯資源約為1900萬噸，氧化鋯通常是由鋯礦石提純制得。在常壓下純ZrO2共有三種晶態(tài)：單斜(Monoclinic)氧化鋯(m-ZrO2)、四方氧化鋯(t-ZrO2)和立方(Cubic)氧化鋯(c-ZrO2)，上述三種晶型存在于不同的溫度范圍，并可以相互轉(zhuǎn)化：單斜(Monoclinic)氧化鋯(m-ZrO2)＜950℃65g/cc四方(Square)氧化鋯(t-ZrO2)1200-2370℃10g/cc立方(Cubic)氧化鋯(c-ZrO2)＞2370℃27g/cc上述三種晶態(tài)具有不同的理化特性，在實(shí)際應(yīng)用為獲得所需要的晶形和使用性能，通常加入不同類型的穩(wěn)定劑制成不同類型的氧化鋯陶瓷，如部分穩(wěn)定氧化鋯(partiallystabilizedzirconia，PSZ)，當(dāng)穩(wěn)定劑為CaO、MgO、Y2O3時(shí)，分別表示為Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ等。由亞穩(wěn)的t-ZrO2組成的四方氧化鋯稱之為四方氧化鋯多晶體陶瓷(Squarezirconiapolycrysta，TZP)。當(dāng)加入的穩(wěn)定劑是Y2O3、CeO2，則分別表示為Y-TZP、Ce-TZP等。氧化鋯陶瓷的生產(chǎn)要求制備高純、分散性能好、粒子超細(xì)、粒度分布窄的粉體，氧化鋯超細(xì)粉末的制備方法很多，氧化鋯的提純主要有氯化和熱分解法、堿金屬氧化分解法、石灰熔融法等離子弧法、沉淀法、膠體法、水解法、噴霧熱解法等。粉體加工方法有共沉淀法、溶膠一凝膠法、蒸發(fā)法、超臨界合成法、微乳液法、水熱合成法網(wǎng)及氣相沉積法等。氧化鋯陶瓷的成型有干壓成型等靜壓成型、注漿成型、熱壓鑄成型、流延成型、注射成型、塑性擠壓成型、膠態(tài)凝固成型等。其中使用最廣泛的是注塑與干壓成型。注漿成型的成型過程包括物理脫水過程和化學(xué)凝聚過程，物理脫水通過多孔的石膏模的毛細(xì)作用排除漿料中的水分，化學(xué)凝聚過程是因?yàn)樵谑嗄１砻鍯aSO4的溶解生成的Ca2+提高了漿料中的離子強(qiáng)度，造成漿料的絮凝。在物理脫水和化學(xué)凝聚的作用下，陶瓷粉體顆粒在石膏模壁上沉積成型。注漿成型適合制備形狀復(fù)雜的大型陶瓷部件，但坯體質(zhì)量，包括外形、密度、強(qiáng)度等都較差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大且不適合自動(dòng)化作業(yè)。熱壓注成型是在較高溫度下（60~100℃）使陶瓷粉體與粘結(jié)劑（石蠟）混合，獲得熱壓鑄用的料漿，漿料在壓縮空氣的作用下注入金屬模具，保壓冷卻，脫模得到蠟坯，蠟坯在惰性粉料保護(hù)下脫蠟后得到素坯，素坯再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成瓷。熱壓注成型的生坯尺寸精確，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，模具磨損較小，生產(chǎn)效率高，適合各種原料。蠟漿和模具的溫度需嚴(yán)格控制，否則會引起欠注或變形，因此不適合用來制造大型部件，同時(shí)兩步燒成工藝較為復(fù)雜，能耗較高。流延成型是把陶瓷粉料與大量的有機(jī)粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑等充分混合，得到可以流動(dòng)的粘稠漿料，把漿料加入流延機(jī)的料斗，用刮刀控制厚度，經(jīng)加料嘴向傳送帶流出，烘干后得到膜坯。此工藝適合制備薄膜材料，為了獲得較好的柔韌性而加入大量的有機(jī)物，要求嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，否則易造成起皮、條紋、薄膜強(qiáng)度低或不易剝離等缺陷。所用的有機(jī)物有毒性，會產(chǎn)生環(huán)境污染，應(yīng)盡可能采用無毒或少毒體系，減少環(huán)境污染。除了以干壓為基礎(chǔ)的成型技術(shù)外，其它工藝成型的產(chǎn)品都要進(jìn)行脫脂排膠處理后方可入爐燒結(jié)，因?yàn)槌蓧撼尚屯獾钠渌に嚂诔尚蜁r(shí)在鋯粉里加入一定比例的塑化劑，這些塑化劑在產(chǎn)品成型后就必須去除，不然會對燒結(jié)出的產(chǎn)品造成嚴(yán)重的品質(zhì)影響。塑化劑主要為石蠟及其它高分子材料所構(gòu)成，要求這些材料在一定溫度下表現(xiàn)出具有很好的塑性與流動(dòng)性，常溫下則要有一定的韌性及強(qiáng)度。氧化鋯陶瓷可采用的燒結(jié)方法通常有：⑴無壓燒結(jié)，⑵熱壓燒結(jié)和反應(yīng)熱壓燒結(jié)，⑶熱等靜壓燒結(jié)（HIP），⑷微波燒結(jié)，⑸超高壓燒結(jié)，⑹放電等離子體燒結(jié)（SPS），⑺原位加壓成型燒結(jié)等。常以無壓燒結(jié)為主。在結(jié)構(gòu)陶瓷方面，由于氧化鋯陶瓷具有高韌性、高抗彎強(qiáng)度和高耐磨性，優(yōu)異的隔熱性能，熱膨脹系數(shù)接近于鋼等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域。主要有：Y-TZP磨球、分散和研磨介質(zhì)、噴嘴、球閥球座、氧化鋯模具、微型風(fēng)扇軸心、光纖插針、光纖套筒、拉絲模和切割工具、耐磨刀具、服裝紐扣、表殼及表帶、手鏈及吊墜、滾珠軸承、高爾夫球的輕型擊球棒及其它室溫耐磨零器件等。在功能陶瓷方面，其優(yōu)異的耐高溫性能作為感應(yīng)加熱管、耐火材料、發(fā)熱元件使用。氧化鋯陶瓷具有敏感的電性能參數(shù)，主要應(yīng)用于氧傳感器、固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell,SOFC）和高溫發(fā)熱體等領(lǐng)域。ZrO2具有較高的折射率（N-21^22），在超細(xì)的氧化鋯粉末中添加一定的著色元素（V2O5,MoO3,Fe2O3等），可將它制成多彩的半透明多晶ZrO2材料，像天然寶石一樣閃爍著絢麗多彩的光芒，可制成各種裝飾品。另外，氧化鋯在熱障涂層、催化劑載體、醫(yī)療、保健、耐火材料、紡織等領(lǐng)域正得到廣泛應(yīng)用。氧化鋯是一種特殊的材料，增韌的方法，主要是利用氧化鋯的相變才能達(dá)到的！純凈的氧化鋯是白色固體，含有雜質(zhì)時(shí)會顯現(xiàn)灰色或淡黃色，添加顯色劑還可顯示各種其它顏色。純氧化鋯的分子量為22，理論密度是89g/cm3，熔點(diǎn)為2715℃。通常含有少量的氧化鉿，難以分離，但是對氧化鋯的性能沒有明顯的影響。氧化鋯有三種晶體形態(tài)：單斜、四方、立方晶相。常溫下氧化鋯只以單斜相出現(xiàn)，加熱到1100℃左右轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，加熱到更高溫度會轉(zhuǎn)化為立方相。由于在單斜相向四方相轉(zhuǎn)變的時(shí)候會產(chǎn)生較大的體積變化，冷卻的時(shí)候又會向相反的方向發(fā)生較大的體積變化，容易造成產(chǎn)品的開裂，限制了純氧化鋯在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。但是添加穩(wěn)定劑以后，四方相可以在常溫下穩(wěn)定，因此在加熱以后不會發(fā)生體積的突變，大大拓展了氧化鋯的應(yīng)用范圍。市場上用來做穩(wěn)定劑的原料主要是氧化釔。氧化鋁陶瓷具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨損、質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是世界上生產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣的工業(yè)陶瓷材料。在航天航空等斟防尖端技術(shù)領(lǐng)域和機(jī)械、冶金、化工等一般工業(yè)領(lǐng)域均有著廣闊的應(yīng)用前景，但其最致命的力學(xué)弱點(diǎn)便是其本身的脆性，這是由這類材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的。陶瓷材料中的化學(xué)鍵以共價(jià)鍵和離子鍵為主，這兩類化學(xué)鍵都具有強(qiáng)的方向性和較高的結(jié)合強(qiáng)度，這就使得結(jié)構(gòu)中難以發(fā)生顯著的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。因而限制了其實(shí)際應(yīng)用范圍的進(jìn)一步推廣。因此，陶瓷特別是氧化鋁陶瓷的韌化變成了近年來結(jié)構(gòu)陶瓷材料研究的核心課題。對氧化鋁陶瓷的增韌是使用最多的增韌方法是ZrO2（VK-R30）增韌。當(dāng)氧化鋁中加入純Zr0（VK-R30），粒子形成ZrO2增韌氧化鋁陶瓷時(shí)，當(dāng)添加含量適當(dāng)時(shí)，可使韌性顯著提高。其韌化效果主要來源于以下機(jī)理：使氧化鋁晶?；w細(xì)化。氧化鋯相變韌化。顯微裂紋韌化。裂紋轉(zhuǎn)向與分叉。商用高純氧化鋁陶瓷與ZrO2（VK-R30）增韌氧化鋁陶瓷力學(xué)性能對比晶須是具有一定長徑比(直徑1—8um，長35-l50um)，且缺陷少的陶瓷單晶。具有很高的強(qiáng)度，是一種非常好的陶瓷基復(fù)合材料的增韌增強(qiáng)體；纖維長度較陶瓷晶須長數(shù)倍，也是一種很好的陶瓷增韌體，同時(shí)兩者可復(fù)合實(shí)用。用SiC、Si3N4等晶須或C、SiC等長纖維對氧化鋁陶瓷進(jìn)行復(fù)合增韌。晶須或纖維的加入可以增加斷裂表面，即增加了裂紋的擴(kuò)展通道。當(dāng)裂紋擴(kuò)展的剩余能量滲入到纖維(晶須)，發(fā)生纖維(晶須)的拔出、脫粘和斷裂時(shí)，導(dǎo)致斷裂能被消耗或裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)等，從而使復(fù)合材料韌性得到提高。但當(dāng)晶須、纖維含量較高時(shí)，由于其拱橋效應(yīng)而使致密化變得困難，從而引起密度的下降和性能下降。在氧化鋁材料中加入一定粒度的具有高彈性模量的顆粒(如SiC、TiC、TiN等)可以在材料斷裂時(shí)促使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)和分叉，消耗斷裂能，從而提高韌性。盡管顆粒增韌效果不如晶須、纖維，但用顆粒作為增韌劑制作顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料，其原料混合均勻化及燒結(jié)致密化都比纖維、品須復(fù)合材料簡便易行。納米顆粒復(fù)相陶瓷是在陶瓷基體中引入納米級的第二相增強(qiáng)粒子，通常小于3um，可使材料的室溫和高溫性能大幅度提高，特別是強(qiáng)度值，上升幅度更大。采用納米級的氧化鋁粉末制備的陶瓷不加增塑劑仍舊在低溫下顯出極好的超塑性。納米原料對改善陶瓷晶粒的形狀、品界特性等起到了很好的效果。通過合理選擇成分及工藝，使一部分氧化鋁晶粒在燒結(jié)中原位發(fā)育成具有較高長徑比的柱狀晶粒，從而獲得晶須的一種增韌機(jī)制。這也稱為原位增韌，這種技術(shù)消除了基體相與增強(qiáng)相界面的不相容性，保證了基體相與增強(qiáng)。另外，控制顯微結(jié)構(gòu)；改變晶粒形狀、粒徑、品界特性、氣孔率等提高其