（材料加工工程專(zhuān)業(yè)論文）異相晶多相復(fù)合增韌氧化鋁陶瓷的研究.pdf

佳木斯大學(xué)碩十學(xué)何論文 摘要 氧化鋁陶瓷由于原料資源豐富、性能優(yōu)良成為應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)陶瓷材料，但 其脆性極大的限制了氧化鋁陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。本研究以工業(yè)a 1 2 0 3 為原料，添加少量的 3 y - t z p 相變材料和t 1 0 2 一m g o c a s ( c a o a 1 2 0 3 s i 0 2 玻璃) 系復(fù)合添加劑，通過(guò)超細(xì)化 球磨處理，控制起始粉料的顆粒度，采用熱壓燒結(jié)的方法成功制備出含有原位生長(zhǎng)異向 晶的a 1 2 0 3 3 y - t z p 復(fù)合材料。并在此基礎(chǔ)上，引入一定量的會(huì)屬延陛顆粒，利用多種增 韌機(jī)制復(fù)合增韌束進(jìn)一步提高氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能，這是本文的創(chuàng)新之處，在圍內(nèi)外 尚未見(jiàn)有類(lèi)似研究報(bào)道。期望通過(guò)本課題的研究為氧化鋁陶瓷的強(qiáng)韌化丌辟出一條嶄新 的途徑。 研究表明：t 1 0 2 一m g o c a s 系復(fù)合添加劑能顯著的促進(jìn)a 1 2 觥f r 發(fā)生各向異性生 長(zhǎng)。c a s 玻璃粉添加量的微小變化直接影響a 1 2 0 3 3 y t z p 復(fù)合材料的燒結(jié)行為和顯微結(jié) 構(gòu)，包括材料的致密度，晶粒的形貌和尺寸，組織結(jié)構(gòu)等。 原位生長(zhǎng)異向晶與相變復(fù)合增韌可以顯著提高a 1 2 0 3 陶瓷的力學(xué)性能，在3 y t z p 泳 加量為1 0 w t ( 6 7 v 0 1 ) 的情況下，添d n 0 4 w t t 1 0 2 + 01 w t m g o + 0 5 w t c a s 復(fù)合添加 劑，經(jīng)1 5 5 0 保溫1 h 燒結(jié)后，制備出的氧化鋁基陶瓷，最高抗彎強(qiáng)度達(dá)5 5 6 3 5 m p a ，斷 裂韌性為67 3 m p a m 2 ，綜合力學(xué)性能高于國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的氧化鋁晶粒呈等軸狀、添 加3 y 玎z p l o v o l 左右的z t a 陶瓷。在此基礎(chǔ)上，以相同的燒結(jié)工藝條件，添自 1 5 w t c u 粉后制備的原位生長(zhǎng)異向晶3 y - t z p c u 復(fù)合增韌氧化鋁陶瓷，抗彎強(qiáng)度為5 6 05 4 m p a ， 斷裂韌性為73 9 m p a m “2 ，在強(qiáng)度略有提高的情況f ，斷裂韌性比加入c u 粉湘提高了 1 0 ，增韌效果十分明顯。與濕化學(xué)法制備的z t a 陶瓷相比較，其成本較低。 原位生長(zhǎng)異向晶的增韌機(jī)制主要有裂紋橋接、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋分翁、片晶拔出。 z r 0 2 增韌機(jī)理有應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g，顯微裂紋增韌、裂紋偏轉(zhuǎn)。金屬延性顆粒增韌機(jī)理 包括： 丸膨脹失配增韌、裂紋尖端屏蔽，以及裂紋橋聯(lián)。多重增韌機(jī)理之l 日j 可以相互疊 加，互相影q q 起到協(xié)同增韌的作用。 關(guān)鍵詞：氧化鋁陶瓷；原位生長(zhǎng)異向晶；相變?cè)鲰g：金屬延性相增韌 佳木斯大學(xué)碩士學(xué)位論文 t h e s t u d y o i la l u m i n ac e r a m i c s t o u g h e n e db yc o m b i n i n ga b n o r m a l g r a i na n dm u l t i p h a s e a b s t r a c t w l t ha b o u n dr e s o u r c e sa n de x c e l l e n tp r o p e r a e s ，a l u m i n ac e r a r m c sb e x ) m e so n eo ft h e s t r u c t u r a lc e r a m i c sw i t hw _ l d e s ta p p h c a t m n si nt h i sr e s e a r c h , a - a 1 2 0 3p o w d e r s ，as m a l la m o u n t o fy t l a a - s t a b h z e dz l r c o m ap o w d e r s ( 3 y - t z p lw e r eu s e da sp r i n c i p l em a t e r i a l smw i n c h a d e q u a t ea m o u n to ft 1 0 2 - m g o c a ss y s t e ma d d m v e sw e r ea d d e db yw e tg n n d m gt h e a 1 2 0 3 3 y - t z pc o m p o s i t e sw e r ep r e p a r e db yh o t - p r e s s e ds m t e n n g ，u p o nt i n su n d e r s t a n d i n g ， s o m em e t a lp a r t i c l e sw e r ea d d e dt ot h ec o m p a c t s ，a l u m i n ac e r a m i c so fe x c e l l e n tm e c h a n i c a l p r o l x “m e sw e r ef a b r i c a t e db yt h ec o o p e r a t a o nt o u g b e n m go fl n - s g ut o u g h e m n g ，p h a s e t r a n s f o r m a t i o nt o u g h e n i n ga n dm e t a lp a r t i c l e st o u g h d e n i n gt o u g h e n i n go fc o n t i d m gw i t ha l l m e n t i o n e dt e c h n i q u e sh a v en e v e rb e e nr e p o r t e db e f o r e t h r o u g ht i n sp r e l m u n a r yr e s e a r c hw e h o p e t o f r e d a n e w w a y t o o v e r c o m e t h e b r i t t l e n e s s o f a l u m i n a c e r a m i c s t h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tt 1 0 2 - m g o - c a ss y s t e ma d d m v e sc o u l do b v i o u s l yp r o m o t et h e a m s o t r o p l cg r o w t ho fa l u m i n ag r a m ss m a l lc h a n g e so ft h ea m o u n to fc a sa d d i t i v e sc o u l d m a k ead t f f e r e n c em s m t e r i n h t ya n dm l c r o s t r u c t u r eo fa 1 2 0 3 3 y - t z pc o m p o s i t e s i n c l u d i n g r e l a t i v ed e n s i t y , g r a ms i z e ，s h a p ea n dm a c r o s t r u c t u r e ，e t c c o m b m m g l n - s l t ug r o w t ha b n o r m a lg t a l na n dt r a n s f o r m a t i o nt o u g h m gc o u l di m p r o v et h e m e c h a n t c a lp m p e r t t e so fa l u m i n ac e r a m i c s t h ea l u m m ac e r a l n l c sw t t h1 0w t ( 6 7 v 0 1 ) 3 y t z pa n d0 4w t t 1 0 2 + o 1w t m g o + 05w t c a sa d d i u v e sw a sf a b r i c a t e da ts m t e rc o n d l t l o n o f3 0 m p a 1 5 5 0 a n dl h o u r s t h el l m x l t n m nb e n d m gs t r e n g t hr e a c h e d5 5 63 5m p aa n d f r a c t u r et o u g h n e s sr e a c h e d7 9 0 m p am 1 7 2 , t h em e c h a m c a lp r o p e r t i e so ft h i sg e f a r b 1 c , sw e r e i n g h e rt h a no r d i n a r yz t aw i t h1 0 v 0 1 3 y - t z pr e p o r t e db e f o r ea tt h es a t n es m t e rc o n d i t i o n , a l u m m ac e r a m i c st o u g h e n e db yc o m b i n i n gm - s i t ug r o w t ha b n o r m a lg r a m ，3 y - t z pa n d5 w t c up o w d e rw a sf a b n c a t e dn l cb e n d i n gs t r e n g t ha n dt o u g h n e s so fa 1 2 0 3 3 y - t z p c u c o m p o s i t e sw e r em e a s u r e dt ob e5 6 05 4m p aa n d73 9 m p am 1 0 h i g h e rt h a nt h et o u g h n e s s o f t h em a t e r i a l sw i t h o u tc up o w d e r s e x p e r i m e n t a lr e s u l t sm & c a t et h a tt h et o u g h e n i n gm o d eo f m s g ug r o w t ha b n o r m a lg r a mi s c r a c kb n d g l n g ，c r a c kd e f l e c t i o n , c r a c kf o r l o n ga n dp l a t e l e t p u l l o u t p h a s et r a n s f o n n a u o n t o u g h e n i n gi sa c i n e v e dt h r o u g hs t r e s s - r e d u c e dt r a n s f o r m a u o i l m l c r o c r a c k a n gt o u g h e n i n g ，c r a c k d e f l e c t i o n t h et o u g h n e s so ft h ec e a r n l ci sm a p r o v e db yd u c t i l em e t a l l i cs e c o n dp h a s et h r o u g h t h e r m a le x p a n s m nm a s t m a t c l l ，c r a c k t i ps i n e l d m ga n dc r a c kb n d g m g n em u l t i p l em e c h a m s m s c a nw o r ka n di m p r o v et h em e c h a n i c a lp r o p e r a e so f a l u m i n ac e r a n u c ss y n e r g l c a l l y i i 一堡查塹奎蘭堡堂生堡塞 k e yw o r d s ：a l u m i n ac e r a m i c s ；i n s i t ug r o w t ha b n o r m a lg r a i n ；p h a s et r a n s f o r m a t i o n t o u g h e n i n g ；m e t a lp a r t i c l e st o u g h d e n i n g i 獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果，也不包含為獲得 佳木斯大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。與我一同工 作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示 了謝意。 簽名： 日期：么：211 d 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解佳木斯大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué) 校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨?論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論 文。 躲洶iv 新躲弘嗍一 佳木斯大學(xué)碩十學(xué)俯論文 引言 新一代技術(shù)革命領(lǐng)域4 物工程、信息工程、新能源、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋丌發(fā)急需 大量的新材料。作為基礎(chǔ)的材料無(wú)疑要在這些技術(shù)革命中發(fā)揮重要的作用。結(jié)構(gòu)陶瓷由 于它們具有耐高溫、高耐磨、耐腐蝕、耐沖刷、抗氧化等一系列的優(yōu)異性能，可以承受 舍屬材料和高分子材料難以勝任的嚴(yán)酷工作環(huán)境，不僅是某些新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)】業(yè)改造 的關(guān)鍵生支撐材料而且是新興產(chǎn)業(yè)和某些高技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)材料。氧化鋁陶經(jīng)是結(jié)構(gòu)陶 瓷中用途最為廣泛的一種，素有“陶瓷王”之稱。它的熔點(diǎn)高、彈f 生模量高、硬度高、 化學(xué)穩(wěn)定性好，具有耐熱、耐腐蝕、耐磨損、密度小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，廣泛 應(yīng)用于國(guó)防軍工、航空航天、醫(yī)療、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械電子、冶會(huì)、化工、光學(xué)等領(lǐng) 域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，迄今仍然受到人們青睞和世界各圈的高度重視，已 成為材料科學(xué)領(lǐng)域最為活躍的研究領(lǐng)域之一。 然而，由于氧化鋁陶瓷在應(yīng)力作用下難以發(fā)生塑性變形和位錯(cuò)屑移，斷裂韌性非 常低，通常只有3m p a m ”，影響了陶瓷零部件的工作可靠陛和使用安全性，因此， 在過(guò)去二十年材料科學(xué)家一直在努力尋找氧化鋁陶瓷有效，簡(jiǎn)潔的增韌方法。其中，通 過(guò)復(fù)合途徑引入能量耗散機(jī)制( 如，在基體材料中加入高強(qiáng)度、高彈l 生模量的顆粒、纖 維、晶須等第二相) 是一種很有效的方法，但同時(shí)也引入了一些新的問(wèn)題：1 ) 晶相組成 發(fā)生了變化，這在很多場(chǎng)合下是不希望發(fā)生的；2 ) 熱膨脹系數(shù)的不匹配導(dǎo)致晶須與基體 的界面處成為初始裂紋發(fā)源地；3 ) 會(huì)妨礙材料致密化燒結(jié)；4 ) 制造成本相應(yīng)增加；5 ) 分 散工藝復(fù)雜；6 ) 晶須是類(lèi)針狀的微小顆粒，它可以滲透皮肽而進(jìn)入人體，導(dǎo)致人體的血 管和神經(jīng)系統(tǒng)疾病，極大地危害著人體的健康。近年來(lái)，科學(xué)家們提出了添加納米顆粒 使常規(guī)陶瓷綜合性能得以改善的基本思想。并已證實(shí)控制彌散相結(jié)構(gòu)微細(xì)化，使晶粒尺 寸從微米級(jí)一亞微米級(jí)一納米級(jí)，材料的強(qiáng)度出現(xiàn)一個(gè)大的飛躍。氧化鋁基納米復(fù)合陶 瓷性能固然優(yōu)異，但材料成本和制備成本之高也是可想而知的。 原位增韌是近幾年發(fā)展起束的能夠有效提高陶瓷斷裂韌性的一種新工藝，它通過(guò)引 入添加劑和晶種等辦法來(lái)誘導(dǎo)等軸狀氧化鋁晶粒異向生長(zhǎng)成為如板狀、長(zhǎng)柱狀、片狀等 形貌的晶粒，具有類(lèi)似于晶須對(duì)材料的裂紋橋聯(lián)增韌、裂紋偏轉(zhuǎn)和晶粒拔出效應(yīng)。相變 增韌是傳統(tǒng)、有效的增韌方法，利用亞穩(wěn)四方氧化鉆在應(yīng)力誘導(dǎo)下發(fā)生由四方相向單斜 相的轉(zhuǎn)變，從而在裂紋尖端周?chē)a(chǎn)生非彈性變形的區(qū)域，使陶瓷材料的韌性得以提高。 在脆性a 1 2 0 3 陶瓷基體中引入延性會(huì)屬相也已被證明是能夠提高其韌性的一個(gè)很有韻途 的方法，它的增韌機(jī)制主要是裂紋橋聯(lián)和微裂紋增韌。如果我們能將原位增韌、相變?cè)?韌與金屬延性相增韌結(jié)合起來(lái)，利用多種增韌機(jī)制的疊加作用應(yīng)當(dāng)能明顯的提高氧化鋁 一 佳木斯大學(xué)碩十學(xué)侍論文 陶瓷的力學(xué)性能。如此，既降低了工藝方法的復(fù)雜性和對(duì)環(huán)境的危害性又提高了材料強(qiáng) 韌化的可靠性和穩(wěn)定陛同時(shí)降低了先進(jìn)陶瓷材料的生產(chǎn)成本，為氧化鋁陶瓷的增韌丌辟 一條新的途徑。 一2 一 仕小斯人學(xué)碩十學(xué) 市論文 1 緒論 1 1 氧化鋁結(jié)構(gòu)與基本性能 1l l 氧化鋁結(jié)構(gòu) 氧化鋁具有a ，盧、y ，6 ，s 等多種晶相，其中只有相是熱力學(xué)穩(wěn)定相，其它都是 不穩(wěn)定的晶型。通常用作結(jié)構(gòu)陶瓷的氧化鋁為a 相，它屬于菱方晶系【1 1 。晶體符號(hào)： s g r 3 c ，n o1 6 7 ，a - 4 7 5 8 ，c = 1 29 9 1 ，( c a = 2 7 3 0 ) 。氧的陰離子以a b - a b 順序堆積成 六方型排列，6 個(gè)氧離子( 離子半徑為1 32 ) 圍成一個(gè)八面體，鋁離子占據(jù)2 3 的八面體空 隙，也就是每3 個(gè)相鄰的八面體間隙，就有1 個(gè)是有規(guī)則可空著。由于每對(duì)共面一o 八面體中兩個(gè)a 1 原了靠的很近，所以c 軸有十分明顯的陽(yáng)離子陰離子斥力。這導(dǎo)致兩 種a 1 一o 鍵長(zhǎng)差別很大，三個(gè)短鍵：18 5 2a ，三個(gè)長(zhǎng)鍵：19 7 2a ，二者相差6 。a 型 是氧化鋁系中最穩(wěn)定的也是主要的晶型。作為氧化鋁陶瓷的原材料，不管原束是哪種晶 型，都要經(jīng)過(guò)高儡煅燒處理轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定晶型j 能應(yīng)用【2 】。 o 0 2 離子 一a 1 3 + 離子 口一卒位 圖1 - 1 剛玉的結(jié)構(gòu)嗍 f i g 1 - 1c r y s t a ls t r u c t u r eo f a - a h 0 3 3 a - 毒 b k 一毫 b 一皇 k b - 璺 o 川。削q 崗 o a o 川o 棚o 佳小斯大學(xué)碩七學(xué)位論文 11 2 氧化鋁典型性能 氧化鋁單晶及氧化鋁陶瓷典型性能如下： 表1 - 1 氧化鋁單晶的典型性能1 3 1 t a b l e1 - 1t y p i c a lp r o p e r t yo f a i z 0 3s i n g l ec r y s 切l(wèi) a ) 基本性質(zhì) a 1 2 0 3 剛玉、藍(lán)寶自、a 氧化鋁六方 b ) 熱學(xué)性質(zhì) 2 0 5 3 c- 2 0 0 0 c 01 8 1 c a l ( g mk ) ( 2 5 c ) 0 4 w ( c mk ) ( 2 5 c ) 88 1 0 6 # c 03 0 0 c 腳( g r nk x l 0 0 0 c ) 0 1 w ( e mk x l 0 0 0 c ) ( 2 5 - 4 0 0 0 。c ) 7 9 x l 礦上c 軸 ( 2 5 1 0 0 0 ) c ) 物理機(jī)械性質(zhì) ( o1 4 3 1 b m 3 ) 1 0 6 p s o c 軸1 0 6 p s 0 - - 0 3 0 ( 1 5 0 p s o o o o o o o p s o 度 ( 2 5 ) 3 8 0 g p 5 6 x 與取向，c 軸( 2 5 ) 2 5 ( 2 1 0 6 p s i ) 上c 無(wú)關(guān) 7 6 0m p a ( 11 0 p s i ) 軸 上c 軸( 2 5 ) 1 9 0 0 k c 軸 2 2 0 0 k 上c 軸 d ) 化學(xué)性質(zhì) 被拂騰的h f 酸侵氣氛f(shuō) 不受影響 蝕。在高儡p p l 0 0 0 ) 地破熔鹽和氧化物 侵蝕或溶解 e ) 光學(xué)性質(zhì) ( o p ，6 6p m ，1 6 0 0 c ) 4 堡塵塹查芏堡堂生絲壅 表1 - 2 高密度氧化鋁的典型性能吲 t a b l e l - 2 t y p i c a l p r o p e r t y o f h i g h d e n s u y 舢0 3 a j 2 q ( 、v c 9 9 9 9 97 l 9 97 09 9 - 9 97 硬度( g p a ) h v 5 0 0 9 1 93 1 631 5 1 6 1 5 - 1 6 斷裂韌性k l c ( m p a m 。 28 _ 45 一一 56 - 1 6 楊氏模譬( g p a ) 3 6 6 - 4 1 03 0 0 - 3 8 0 3 0 0 - 3 8 03 3 0 - 4 0 0 室旆彎曲強(qiáng)度( m p a )5 5 0 - 6 0 01 6 0 - 3 0 0 2 4 5 - 4 1 25 5 0 熱膨脹系數(shù)( 1 咖( ) 65 - 8 9 5 4 - 8 45 4 - 8 4 6 4 - 8 2 空溫?zé)醾鲗?dǎo)率 w 0 nk ) 】3 892 8 - 3 03 0 3 04 燒j 戍范圍f 11 6 0 0 - 2 0 0 0 1 7 5 0 - 1 9 0 01 7 5 0 1 9 0 0 1 7 0 0 - 1 7 5 0 表1 - 3 低質(zhì)氧化鋁的典型性能 1 t a b l e1 - 3t y p i c a lp r o p e r t yo f l o wg r a d ea h 哂 a 1 2 0 3 ( w p a ) 9 9 - 9 659 45 - 9 65 8 6 - 9 458 0 - 8 6 硬度c g p a ) 。h v 5 0 0 9 楊氏模 酊o p a ) 彎曲強(qiáng)度( m p a ) 執(zhí)嘭脹系數(shù)( 1 0 目 芏品熱傳導(dǎo)卒 w ( mk ) 】 1 28 - 1 5 3 0 0 - 3 8 0 2 3 0 - 3 5 0 8 8 1 2 4 - 2 6 1 2 1 5 6 3 0 0 3 1 0 - 3 3 0 76 8 2 0 - 2 4 9 7 1 2 2 5 0 1 3 3 0 2 5 0 0 3 0 7 - 7 6 1 5 2 0 2 0 0 2 加 2 0 0 3 0 0 燒成范圍( )一 1 5 2 0 - 1 6 0 0 1 4 4 0 1 6 0 0 一 1 1 3 氧化鋁的顯微形貌 普通氧化鋁的晶粒為等軸狀，其顯微結(jié)構(gòu)如圖l2 圖1 2 普通高純度氧化鋁的顯微結(jié)構(gòu) r i g b 2 t h e m i c r o s t r u e t u r eo f h i g h l y p u r e a l u m i n a c e r a m i c - 5 佳木斯大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 氧化鋁陶瓷常見(jiàn)增韌方法及機(jī)理 氧化鋁陶瓷材料具有優(yōu)異的耐磨性，耐蝕性和抗高溫性能。然而由于氧化鋁陶瓷的 顯微組織一般為等軸狀晶粒，斷裂韌性較低，限制了其實(shí)際應(yīng)用范圍，因此，改善氧化 鋁陶瓷材料的脆性，增大強(qiáng)度和提高其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性，成為其能否廣泛應(yīng)用的 關(guān)鍵1 5 1 。目的改善氧化鋁陶瓷的斷裂韌性有以下幾種途徑 6 1 ：1 ) 相變?cè)鲰g；2 ) 顆粒彌散 增韌；3 ) 纖維和晶須增韌；4 ) 復(fù)合增韌；5 ) 自增韌等。 1 2 1 相變?cè)鲰g 1 9 7 5 年g a r v i e 7 1 對(duì)c a - p s z 的研究中首次發(fā)現(xiàn)利用裂尖| j i 沿介穩(wěn)的四方相氧化鋯相 變成穩(wěn)定的單斜相氧化鉆，試樣強(qiáng)度和韌性可明顯提高，并提出了相變?cè)鲰g氧化鋯陶瓷 的概念，從而揭開(kāi)了陶瓷增韌機(jī)理的新篇章。近年來(lái)，氧化鋯增韌陶瓷( z t c ) 的發(fā)展十 分迅速，無(wú)論在制備工藝、穩(wěn)定劑、增韌機(jī)理等方面都獲得了廣泛、深入的研究。相變 增韌的影響因素很多，如z r 0 2 含量及粒徑、晶粒尺寸、其它添加劑種類(lèi)和數(shù)量、晶粒 取向等。其缺點(diǎn)是增韌效果隨溫度的升高而急劇下降，因此一般單純依靠相變?cè)鲰g來(lái)提 高其韌性的材料僅適用于溫度較低的場(chǎng)合。根據(jù)z 1 0 2 相變對(duì)增韌的貢獻(xiàn)方式不同，主 要增韌機(jī)制有【8 】：應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g、微裂紋增韌、表面增韌以及裂紋的轉(zhuǎn)向與分叉 等，其中相變?cè)鲰g是主要增韌機(jī)理。 1 ) 應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g機(jī)理 1 9 7 9 年p o r t e r 和e v a n s 等提出應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g機(jī)理。經(jīng)過(guò)l a n g e l 9 1 、m a r s h a u t t l o l 等人的完善，逐步形成了比較完整的應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g機(jī)理。應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g是利用 應(yīng)力誘導(dǎo)四方z r 0 2 馬氏體相變來(lái)改變陶瓷材料的韌性，當(dāng)部分穩(wěn)定z r 0 2 增韌陶瓷燒結(jié) 致密后，四方晶型z r 0 2 顆粒彌散分布與陶瓷基體中，冷卻時(shí)亞穩(wěn)態(tài)的四方晶型顆粒受 到基體的抑制而處于壓應(yīng)力狀態(tài)，這時(shí)基體中沿顆粒連線方向也處于壓應(yīng)力狀態(tài)。材料 在外力作用下所產(chǎn)生的裂紋尖端附近由于應(yīng)力集中的作用，存在張應(yīng)力場(chǎng)，從而減輕了 對(duì)四方相的束縛，在應(yīng)力誘發(fā)作用下發(fā)生四方相z r 0 2 ( t - z r 0 2 ) 轉(zhuǎn)變成單斜相( m - z r 0 2 ) 的 馬氏體相變，引起體積膨脹，而相變顆粒的剪切應(yīng)力和體積膨脹對(duì)基體產(chǎn)生壓應(yīng)變，使 裂紋停止延伸，以致需要更大的能量才使主裂紋擴(kuò)展，即在裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的作用下， z r 0 2 粒子發(fā)生馬氏體相變而吸收了能量，外力做了功，從而提高了斷裂韌性。在t - z r 0 2 應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g中，相變對(duì)韌性的貢獻(xiàn)為： _ _ r = 硒f a 1v 1 釅、r 1 ( 1 1 ) 其中： r 礦 ，1 ，婦i 掣j( 1 2 ) l j 。 6 佳木斯大學(xué)碩十學(xué)付論文 b = 魚(yú)( 1 + 。) 2( 13 )12；r 、 、 上面各式中a 為常數(shù)。當(dāng)相變由正應(yīng)力( p n n c l p a l s t r e s s ) 觸發(fā)時(shí)，a = 02 2 ，當(dāng)相變由 剪應(yīng)力( s h e a rs t r e s s ) 觸發(fā)時(shí)，a = 05 ；v t 為可相變t - z r 0 2 含量；口：為應(yīng)力誘導(dǎo)相變臨界 應(yīng)力；t 為相變產(chǎn)生的應(yīng)變；r t 為垂直裂紋面相變區(qū)域高度；1 ) 為材料泊松比：量囂為基 體材料斷裂韌性；e c 為材料彈性模量。 2 ) 微裂紋的增韌機(jī)理【l l 】 微裂紋增韌是多種陶瓷材料的一種增韌機(jī)理，由于大多數(shù)情況下陶瓷體內(nèi)存在裂 紋，當(dāng)受外力或存在應(yīng)力集中時(shí)，裂紋會(huì)迅速擴(kuò)展，致使陶瓷受到破壞，因此，防止裂 紋擴(kuò)展，消除應(yīng)力集中是提高陶瓷強(qiáng)韌性的關(guān)鍵。z r 0 2 在由四方相向單斜相轉(zhuǎn)變時(shí)，相 變出現(xiàn)的體積膨脹會(huì)導(dǎo)致微裂紋。不論是陶瓷在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的相變誘發(fā)微裂紋，還 是裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中其尖端區(qū)域形成的應(yīng)力誘發(fā)相變導(dǎo)致的微裂紋，都將起到分散主裂 紋尖端能量的作用，從而提高了斷裂能，即微裂紋增韌。 3 ) 表面強(qiáng)化增韌 通過(guò)在氧化鋯增韌陶瓷表面誘發(fā)四方相一單斜相的馬氏體相變，形成一層壓應(yīng)力 層，材料的強(qiáng)度可獲得提高。誘導(dǎo)相變方法有研磨、噴砂、低溫處理、表面涂層和化學(xué) 處理等方法【1 2 1 。 1 22 顆粒彌散增韌 1 2 2 1 非相變第二相顆粒增韌 顆柱彌散相增韌氧化鋁陶瓷具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、操作性好等優(yōu)點(diǎn)，主要以高 熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高彈性模量的碳化物( s i c 、t i c 、b 4 c ) 、氮化物( t d d 、硼化物( t i b 2 ) 第 二相粒子為增韌相。用于彌散強(qiáng)韌化a h 0 3 的硬質(zhì)顆粒除了單一化合物以外，還可以是 復(fù)合化合物比如t l c n 顆粒等。顆粒彌散增韌與溫度無(wú)關(guān)，可以作為高溫增韌機(jī)制。對(duì) 顆卡立增韌氧化鋁陶瓷的研究中，影響第二相顆粒復(fù)合材料增韌效果的主要因素為基體與 第二相顆粒的彈性模量e 、熱膨脹系數(shù)及兩相的化學(xué)相容性。其中化學(xué)相容性是復(fù)合 的前提，兩相f 日j 不能存在過(guò)多的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)又必須具有合適的界面綜合強(qiáng)度【1 3 1 。目 薊，顆粒彌散增韌【h l 的研究主要從兩個(gè)方面入手：一個(gè)是利用彌散顆柱和基質(zhì)材料膨脹 系數(shù)及彈l 生模量的匹配在材料內(nèi)部形成殘余應(yīng)力，使之達(dá)到增韌的目的；另一個(gè)是通過(guò) 自身顆粒尺寸效應(yīng)來(lái)提高自身的韌性，使之達(dá)到增韌的目的。顆粒彌散增韌的主要增韌 機(jī)制有【i5 j ：熱膨脹失配增韌、裂紋橋聯(lián)和裂紋偏轉(zhuǎn)增韌，其中熱膨脹失配增韌是顆粒增 韌的最重要機(jī)制。 1 ) 熱膨脹失配增韌 7 住木斯大學(xué)碩j - 學(xué)位論文 熱膨脹系數(shù)失配從而能在第二相顆粒及周?chē)w內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力場(chǎng)是復(fù)相陶瓷 增韌補(bǔ)強(qiáng)的主要根源。假設(shè)第二相顆粒與基體之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如果第二相顆粒與 基體之間存在熱膨脹系數(shù)的失配，即薩砩一不等于0 ( p 、i t l 分別表示顆粒和基 體) ，當(dāng)a o 0 時(shí)，第二相顆粒處于拉應(yīng)力狀態(tài)，而基體徑向處于拉伸狀態(tài)，切向處于壓 縮狀態(tài)，這時(shí)裂紋傾向于繞過(guò)顆粒繼續(xù)擴(kuò)展( 見(jiàn)圖1 3 ) ；當(dāng)a a 0 時(shí)，第二相顆粒處于 壓應(yīng)力狀態(tài)，切向受到拉應(yīng)力，這時(shí)裂紋傾向于在顆粒處釘扎或穿過(guò)顆粒。微裂紋的出 現(xiàn)可以吸收能量從而達(dá)到增韌的目的。 圖1 3 當(dāng)口) 口時(shí)應(yīng)力場(chǎng)引起的裂紋偏轉(zhuǎn) f j 昏1 - 3d e f l e c t i o no f c r a c kb ys t r e s s e s ( , 礦a , ) 2 ) 裂紋編轉(zhuǎn) 裂紋編轉(zhuǎn)是一種裂紋尖端效應(yīng)，是指裂紋擴(kuò)展過(guò)程中當(dāng)裂紋尖端遇上偏轉(zhuǎn)劑( 顆 粒、纖維、晶須、界面等) 所發(fā)生的傾斜和偏轉(zhuǎn)。 3 ) 裂紋橋聯(lián) 裂紋橋聯(lián)是一種裂紋尖端尾部效應(yīng)，是發(fā)生在裂紋尖端后方內(nèi)某顯微結(jié)構(gòu)單元( 稱 為橋聯(lián)劑，例如纖維、晶須、棒狀晶、細(xì)長(zhǎng)晶粒等) 連接裂紋的兩個(gè)表面，并提供一個(gè) 使兩個(gè)裂紋面相互靠近的應(yīng)力，即閉合力，這樣導(dǎo)致應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋擴(kuò)展而增加， 如圖1 4 所示。當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇上橋聯(lián)劑時(shí)，橋聯(lián)劑有可能穿晶破壞，如圖1 4 中第一個(gè) 顆粒；也有可能出現(xiàn)互鎖現(xiàn)象，即裂紋繞過(guò)橋聯(lián)劑沿晶界擴(kuò)展( 裂紋偏轉(zhuǎn)) 并形成摩擦 橋，如圖14 中第二個(gè)顆粒；而第3 、4 顆粒形成彈性橋，即裂紋橋聯(lián)。 圖1 - 4 脆性顆粒的裂紋橋聯(lián)模型 f i 晷1 - 4s c h e m a t i co f c r a c k - b r i d g i n gb e h a v i o ro f b r i t t l ep a r t i c l e s 8 佳木斯大學(xué)碩十學(xué)位論文 1 2 2 2 延性顆粒增韌 在脆性陶瓷基體中加入第二相延性顆粒能明顯提高材料的斷裂韌性。目| ； ，用于增 韌補(bǔ)強(qiáng)a 1 2 0 3 陶瓷的金屬顆粒主要有m o 、c r 、n i 、a g 、t i 、f e 、c u 、w 、n b 等【l “， 當(dāng)氧化鋁陶瓷中c r 的體積分?jǐn)?shù)為1 5 時(shí)，材料的斷裂韌性值達(dá)83 8m p a i l l 地口7 】。由于 金屬的高溫性能低于陶瓷基體材料，因此延性顆粒增韌的陶瓷基復(fù)合材料的高溫力學(xué)性 能不好，但是可以顯著改善中低溫時(shí)的韌性。近年來(lái)，金屬間化合物因其優(yōu)異的性能而 破用作陶瓷材料中的增韌劑，山東大學(xué)用會(huì)屬問(wèn)鋁化合物增強(qiáng)a 1 2 0 3 陶瓷研制成功 a 1 2 0 3 基復(fù)合材料，相比單純2 0 3 陶瓷，燒結(jié)溫度大幅度下降，斷裂韌性由4 m p a m 坭 提高到8 3 5m p am ”。t l a i 、n 1 - a 1 、f e - a 1 和n b - j 系等幾個(gè)系列的多種鋁化物增韌補(bǔ) 強(qiáng)氧化鋁陶瓷也特別受到重視i 嘲。 延性顆粒增韌的增韌機(jī)制主要有裂紋橋聯(lián)，顆粒塑性變形，顆粒拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)和 裂紋在顆粒處終止。其中裂紋橋聯(lián)是主要的增韌機(jī)理。 圖1 - 5 韌性顆粒橋聯(lián)增韌示意圖 f i g 1 - 5s c h e m a t i co f c r a c k - b n d g i n gb e h a v i o ro f d u c t i l el r t i c l e s 裂紋橋聯(lián)的增韌機(jī)理為裂紋尖端后尚未斷裂破壞的會(huì)屬顆粒在裂紋上下表面起橋聯(lián) 作用，它們一方面阻止裂紋的張開(kāi)而減小了裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，另一方面又隨著 裂紋的張開(kāi)而發(fā)生塑性變形，從而消耗裂紋尖端的能量，達(dá)到增韌的目的，如圖15 所 示由此而產(chǎn)生的材料應(yīng)變能釋放率的增量g 為： a g = 弦。e ( 旦y ( 旦) ( 1 4 ) ”仃0口0 式1 4 中廠為顆粒在裂紋表面的面積分?jǐn)?shù)，可以認(rèn)為等于顆粒在材料中的體積分 數(shù)，和礦分別為顆粒橋聯(lián)區(qū)裂紋的張丌位移和顆粒斷裂破壞時(shí)的裂紋最大張開(kāi)位移。 盯為橋聯(lián)區(qū)顆粒作用于裂紋上下表面的拉應(yīng)力?？? 為顆粒半徑，c r 0 為其宏觀試件單向 拉伸時(shí)的屈服應(yīng)力。為了取得較好的增韌效果，就要求金屬顆粒在斷裂破壞前有較大的 塑性變形，一般金屬試樣在自由拉伸時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形，直至斷裂破壞，因 此表現(xiàn)出較高的斷裂韌性值。 1 2 2 _ 3 納米顆粒增韌 9 佳木斯大學(xué)碩十學(xué)位論文 由于納米技術(shù)的興起，在n 2 0 3 基體中加入納米顆粒，能夠顯著提高材料的力學(xué)眭 能【2 1 l l z 2 1 。這些納米粒子或存在于主晶相晶粒內(nèi)部形成“內(nèi)晶型”結(jié)構(gòu)，或者存在于主晶相 晶粒邊界形成“晶間型”結(jié)構(gòu)1 2 3 1 。自從n n h a r a 和n a k a t u r a 首次在a 1 2 0 3 基體中加入 5 v 0 1 的s i c 納米尺寸顆粒使抗彎強(qiáng)度從3 5 0 m p a 提高到1 g p a ，而斷裂韌l 生也從35 m p a m “提高到47m p a m ”。a 1 2 0 3 s i c 納米陶瓷因其優(yōu)良的力學(xué)性能受到最廣反的研 究，目的通常用機(jī)械餛合法或沉淀包裹法，以納米s x c 和納米( 或亞微米) 氧化鋁為起始 原料制備復(fù)合粉末，采用熱壓燒結(jié)或常壓氣氛保護(hù)法制備納米a 1 2 0 3 s i c 陶瓷 2 4 1 1 2 5 1 。李 景國(guó) 2 6 1 在a 1 2 0 3 基體中加入1 5 t t n 納米顆粒時(shí)，使a 1 2 0 3 材料彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性分 別從3 7 0 m p a 和34 m p a m 坦提高到6 9 0 m p a 和5 1m p a m 怩，取得較好的增韌效果。目 的己研制的納米復(fù)合陶瓷體系還有：a 1 2 0 3 8 1 3 n 4 、a 1 2 0 f r l c 、a 1 2 0 3 f e 、a 1 2 0 3 n l 、 a 1 2 0 3 t 1 、a 1 2 0 3 m o 、a - 1 2 0 3 s l c ( w ) t 1 c 、a 1 2 0 3 z r 0 2 s 1 c ，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)納米復(fù)相 陶瓷的研究表明：在微米級(jí)基體中引入納米分散相進(jìn)行復(fù)合，可使材料的斷裂強(qiáng)度、斷 裂韌性提高2 4 倍。 n n h a r a 2 ”把納米顆粒增韌的機(jī)理歸結(jié)為：1 ) 組織的微細(xì)化作用。抑制晶粒成長(zhǎng)和 減輕異常晶粒的長(zhǎng)大；2 ) 殘余應(yīng)力的產(chǎn)生使晶粒內(nèi)破壞成為主要形式；3 ) 控制彈性模 量e 和熱膨脹系數(shù)a 等來(lái)改善強(qiáng)度和韌性等；4 ) 晶內(nèi)納米粒子使基體顆粒內(nèi)部形成次 界面，并同晶界納米相一樣具有釘扎位錯(cuò)的作用。 l23 纖維或晶須增韌 用纖維( 或晶須) 以一定的方式加入到陶瓷的基體中去，一方面可以使高強(qiáng)度的纖維 ( 晶須) 來(lái)分擔(dān)外加的負(fù)荷，另一方面可以利用纖維( 或晶須) 與陶瓷基體的弱的界面結(jié)合 束造就對(duì)外來(lái)能量的吸收系統(tǒng)，從而達(dá)到改善陶瓷材料脆性的目的。 b u & a n s k y t 2 8 1 、m c c a r t n e y1 2 9 1 等人已提出了纖維增韌模型，t o u l e s s 和e v a n s 3 0 】在纖維 強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分布基礎(chǔ)上提出了纖維拔出增韌模型。e v a n s l 3 1 1 等人的研究表明對(duì)韌化陶瓷基 復(fù)合材料應(yīng)滿足下列條件：1 ) 界面斷裂能f 與纖維斷裂能r ，之比：f f ，11 4 ，2 ) 脫枯 面上的滑移阻力t 299 0 m p a ，3 ) 熱膨脹系數(shù)差a c t 1 0 0 m i c r o n s ) ，強(qiáng)度較高時(shí)，拔出效應(yīng)顯 著：界面剪切應(yīng)力增大時(shí)，拔出效應(yīng)降低，當(dāng)界面剪切應(yīng)力足夠強(qiáng)時(shí)，作用在晶須上的 抗拉強(qiáng)度可能引起晶須斷裂而無(wú)拔出效應(yīng)。 此外，晶須增韌還存在一些其它的機(jī)理，如微裂紋增韌；裂紋釘扎作用。 l2 4 多相復(fù)合增韌 多種增韌機(jī)制復(fù)合增韌氧化鋁陶瓷，在近年來(lái)也受到了廣泛的關(guān)注，它主要包括晶 須一相變復(fù)合增韌、晶須一顆粒復(fù)合增韌、顆粒相變復(fù)合增韌、多相顆粒復(fù)合增韌等。 將z r 0 2 相變?cè)鲰g和晶須增韌這兩種增韌作用同時(shí)應(yīng)用到a 1 2 0 3 陶瓷中，產(chǎn)生十分明 顯的增韌效果。復(fù)合材料的增韌機(jī)制包括裂紋偏轉(zhuǎn)與繞過(guò)、晶須橋聯(lián)與拔出以及相變?cè)?韌和微裂紋增韌。a 1 2 0 3 + z r o z ( y 2 0 3 ) + s i c w 復(fù)合材料在s 1 c w ( 體積分?jǐn)?shù)) 為2 0 ， z r 0 2 ( y 2 0 3 ) 為3 0 時(shí)，抗彎強(qiáng)度達(dá)到1 2 0 0 m p a ，斷裂韌性可達(dá)1 0 m p a m m 以上，而單純 晶須韌化的a 1 2 0 3 + s i c w 復(fù)合材料的斷裂韌性為75 m p am m 4 1 1 。林廣涌h 2 】等采用熱壓燒 結(jié)制備的a 1 2 0 3 + 02 0 s i c w ( 體積分?jǐn)?shù)) + z r 0 2 ( 摩爾分?jǐn)?shù)為00 2 y 2 0 3 ) 復(fù)合材料的斷裂韌眭 也達(dá)到了1 08 5 m p a m ”，斷口分析結(jié)果表明晶須增韌與相變?cè)鲰g具有良好的疊加性?？?世群m 研究了s - c 晶須含量對(duì)復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度及斷裂韌性的影口i q ；并分析了晶須增 韌和z r 0 2 相變?cè)鲰g兩種機(jī)制協(xié)同作用的條件。指出相變?cè)鲰g產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)引起的 界面結(jié)合加強(qiáng)不能防礙晶須與基體界面的解離和晶須的拔出；而晶須與基體熱膨脹系數(shù) 的失配產(chǎn)生的提前相變、晶須團(tuán)聚引起的孔隙缺陷等削弱相變應(yīng)力場(chǎng)的作用，必須小于 晶須橋連和裂紋偏轉(zhuǎn)的增加相變作用區(qū)寬度的作用。適當(dāng)控制冷卻速度、削弱提酌相 變，使失配應(yīng)力成為殘余內(nèi)應(yīng)力，有可能提高協(xié)同增韌的可能性，并有利于增韌和補(bǔ)強(qiáng) 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)。 1 2 佳木斯大寧碩十學(xué)位論文 蘭俊思】采用s 1 c w 和t 1 ( c m 顆粒協(xié)同增韌a 1 2 0 3 ，通過(guò)熱壓工藝燒結(jié)制備了s i c w t l ( c ，n ) 一a 1 2 0 3 ( y 2 0 3 ) 陶瓷刀具復(fù)合材料，在1 7 5 0 。c ，晶須含量為2 0 時(shí)獲得最佳的綜合 力學(xué)能，斷裂韌性為7 11m p a - m ，研究表明第三相t i ( c ，n ) 顆粒的加入與晶須一起產(chǎn)生 明顯的迭加增韌效果，而且對(duì)s 1 c w 的各種增韌機(jī)制起到了促進(jìn)作用。此外還有關(guān)于 z r 0 2 ( t ) 復(fù)合s c 晶須、t 1 c 顆粒 4 5 1 ，s 1 c 晶須復(fù)合f n ，w ) c 顆粒等體系增韌氧化鋁陶瓷的 報(bào)道。報(bào)道比較多的另外一個(gè)增韌氧化鋁陶瓷體系就是a 1 2 0 3 ( 金屬+ 增強(qiáng)相) 。已有的體 系有；a 1 2 0 3 ( z r 0 2 + n i ) 4 6 ，a 1 2 0 3 ( a 1 n + n i ) 4 7 ，a 1 2 0 3 ( z r 0 2 + a g ) ，a 1 2 0 3 ( t i c + n i ) 4 8 ， a 1 2 0 3 ( c n t + f e ) 1 4 9 1 。在這些體系中除金屬做為增韌相以外，z r 0 2 、c n t ( c a r b o n n a n o t u b e ) 同樣可以增韌，另外還可以與會(huì)屬產(chǎn)生耦合效應(yīng)，從而獲得更高的增韌效果。 目前對(duì)于多相增韌的作用機(jī)制還不是很清楚，是以后研究的一個(gè)方向。 1 3 原位生長(zhǎng)異向晶增韌氧化鋁陶瓷的研究進(jìn)展 目前，先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷的發(fā)展趨勢(shì)為低成本、高性能先進(jìn)陶瓷的制備工藝技術(shù)及其設(shè) 計(jì)理論。通過(guò)引入添加劑或晶種來(lái)誘導(dǎo)等軸狀a 1 2 0 3 晶粒異向生長(zhǎng)成為如板狀、棒狀、 長(zhǎng)杜狀形貌的晶粒束形成自增韌a 1 2 0 3 陶瓷在近十幾年得到了廣泛的研究。其增韌機(jī)制 是類(lèi)似于晶須對(duì)材料的裂紋橋聯(lián)增韌、裂紋偏轉(zhuǎn)和晶粒拔出效應(yīng)，其中橋聯(lián)增韌是主要 增韌機(jī)制。f a b e r 和e v a n s 預(yù)言口0 】，如果含有大于1 0 v 0 1 棒狀晶或含有2 0 v 0 1 的板狀 晶，陶瓷材料的斷裂韌| 生將得到提高。以m e s s i n g 5 ”、s o n g 5 2 1 和h o n g1 5 3 為代表的國(guó)內(nèi) 外學(xué)者做了大量的工作研究了添加劑對(duì)氧化鋁晶粒形核與生長(zhǎng)形貌的影響，k a n z a k l 和 h a r m e r 等對(duì)制備工藝進(jìn)行了研究。b a e 和b a l 諶跏指出，氧化鋁晶粒的異向生長(zhǎng)不是其 內(nèi)部性質(zhì)，而是其外部性質(zhì)，其組織可以通過(guò)添加少量雜質(zhì)如在原始粉料中加入的和粉 末處理過(guò)程中引入的及后續(xù)燒結(jié)過(guò)程帶入的雜質(zhì)柬改變，人為地加入一些添加劑，能在 氧化鋁燒結(jié)過(guò)程中于晶界處產(chǎn)生液相，從而誘導(dǎo)晶粒異向生長(zhǎng)。他們一般在燒結(jié)的加入 幾十到幾百p p m 的添加劑到基體材料中，研究結(jié)果幾乎都認(rèn)同添加劑m g o 將抑制 a 1 2 0 2 晶粒的異向生長(zhǎng)，而大部分添加劑c a o 、s 1 0 2 、t 1 0 2 、f e 2 0 3 等都將誘導(dǎo)a 1 2 0 3 晶 粒發(fā)生異向生長(zhǎng)，形成板狀的或片狀的晶粒。1 9 9 2 年，關(guān)國(guó)密執(zhí)安大學(xué)的c h e n 5 5 】等人 在舢2 0 3 的燒結(jié)過(guò)程中原位生長(zhǎng)出3 0 v 0 1 板狀晶l a a l 0 3 ，斷裂韌性達(dá)到了 44 m p am ”；日本的y a s l l o k a t 5 6 1 等人通過(guò)在商業(yè)用高純a 1 2 0 3 合成的l a a l 0 3 和硅溶膠 的初始原料中加入幾百p p m 的s - 0 2 添加劑，誘導(dǎo)a 1 2 0 3 基質(zhì)晶粒異向生長(zhǎng)出長(zhǎng)柱狀或 板狀的晶粒，成功制備出了同時(shí)具有長(zhǎng)柱狀a 1 2 0 3 和b 舢l 1 0 8 的2 0 3 陶瓷，從而提高 了斷裂韌性。同年，美