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氧化铝陶瓷材料的脆性特点及其增韧方式

发布时间:2021-09-01 浏览:2次 责任编辑:深圳康柏新材料科技有限公司

    针对氧化铝陶瓷材料的高脆低韧的特点做了大量研究,根据陶瓷材料的裂纹扩展行为及断裂机理,可知克服陶瓷脆性的关键是有效减少裂纹源和合理控制裂纹扩展速度;提高陶瓷材料自身抵抗裂纹扩展能力和尽量避免应力在裂纹顶端集中。



    纳米颗粒弥散增韧是提高氧化铝陶瓷材料强度和韧性简单的增韧方式,根据添加颗粒的属性可以分为刚性颗粒强化和延性颗粒强化。刚性颗粒多为非金属陶瓷颗粒(非金属粉末)。因为非金属粉末具有高弹性模量,作为增韧相添加到Al2O3陶瓷基体中,形成的复合陶瓷材料的韧性强度要比单相Al2O3陶瓷高很多,特别是高温断裂韧性。


    延性颗粒强化Al2O3基陶瓷主要是以金属颗粒作为增韧相添加到陶瓷材料的基体中。延性金属单质或金属间化合物颗粒作为增韧相,不仅可细化Al2O3晶粒,改善烧结性能,还能以多种方式阻碍裂纹的扩展,如金属粒子的拔出、塑性变形以及裂纹桥接、偏转、钉扎等作用,进而改善氧化铝陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性。


    目前Al2O3基层状增韧陶瓷基体大多是由多层弹性模量,线膨胀系数均不相同的材料构成。这样层状结构设计能够在基体内部形成众多与应力方向垂直的弱界面。在受到外载荷作用下,裂纹在层与层之间弱界面扩展过程中会发生反复的侨接拐折,能够提高材料的整体韧性和对缺陷敏感度。


    自增韧技术是在一定的工艺条件下,生长出增韧、增强相。它在一定程度上消除了基体相与增韧相在物理或化学上的不相容性,而保证了基体相与增韧相的热力学稳定性。对于Al2O3基陶瓷自增韧技术主要通过在基体中引入添加剂或晶种两种方式来实现Al2O3基陶瓷增韧。


    微裂纹增韧是指因热膨胀失配或相变诱发出显微裂纹,这些尺寸很小的微裂纹在主裂纹顶端过程区内张开而分散和吸收能量,使主裂纹扩展阻力增大,从而使断裂韧性提高。微裂纹增韧在众多的复相陶瓷体系中得到证实,如ZrO2增韧Al2O3陶瓷材料。