氧化鋁陶瓷由于其耐高溫、高硬度、耐磨損和耐腐蝕等金屬材料難以相比的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、航空航天、國防軍工、冶金、醫(yī)療、光學(xué)、機(jī)械電子、化T等領(lǐng)域。目前,氧化鋁陶瓷已成為材料科學(xué)領(lǐng)域較為活躍的研究領(lǐng)域之一。它是成本低、發(fā)展比較早、應(yīng)用較廣的一種陶瓷材料。但它同大多數(shù)陶瓷材料一樣，存在著抗熱震性差和斷裂韌性低的缺點(diǎn)，限制了氧化鋁陶瓷在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。為了擴(kuò)大氧化鋁陶瓷的應(yīng)用，我們通過一些方式對(duì)陶瓷復(fù)合基材料增韌，比如纖維增韌、顆粒增韌、金屬添加相增韌等，現(xiàn)在比較先進(jìn)的增韌方式是用莫來石纖維。
莫來石纖維是當(dāng)今國內(nèi)外較新型的很輕質(zhì)高溫耐火材料，是Al203-Si02中的一種，使用溫度一般在1500～1600℃，外觀呈白色，富有彈性，柔軟、光滑，不被熔融金屬侵蝕，可與金屬很好地復(fù)合制成高強(qiáng)度、質(zhì)量輕的元件;電氣絕緣、電波透過性能好，表面活性好,在高溫下具有很佳的耐化學(xué)腐蝕和抗氧化性，耐高溫，用它制備的導(dǎo)彈殼體，則有可能不開天線窗，將天線裝在彈內(nèi)。此外，由于近年來莫來石纖維實(shí)現(xiàn)了較大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，成本大大降低，使莫來石纖維增韌氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料制備成本大大降低，作為工程結(jié)構(gòu)材料成為可能。它的用途正處于開發(fā)階段,不久的將來將在航空、航天、衛(wèi)星、交通和能源等部門得到廣泛應(yīng)用。
制備工藝
(1)熱分解法制備A1203粉末硫酸鋁銨加熱分解得到A1203。
得到的粉末在還原氣氛下進(jìn)行預(yù)燒，使γ-A1203全部轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;-A1203。
(2)沉淀包裹法制備ZrO2(Y2O3)-α-A1203粉末
(3)等靜壓成型
將制好的(Y2O3)-α-A1203粉末裝入模具之中并采用模壓的方法成型，模壓壓力為％MPa,保壓時(shí)間為5min。將模壓好的坯體進(jìn)行真空封裝,然后進(jìn)行等靜壓成型，逐漸加壓到200MPa后保壓120s，較后緩慢泄壓，將樣品取出。
(4)微波兩步燒結(jié)
用微波燒結(jié)爐將樣品從室溫開始以10℃/min升溫至較高點(diǎn)溫度1500℃，之后以10℃/min降溫至1300℃，經(jīng)過5h保溫，隨后以5℃/min的速率降溫至室溫。
（5)表面處理
（6)封裝
(7)性能測(cè)試
注意事項(xiàng)
(1)制備Al203粉末時(shí)
①原料應(yīng)易于獲得,價(jià)格低廉,可降低生產(chǎn)成本。②顆粒越小越好,較好能夠達(dá)到納米級(jí)別。③高純度的原料對(duì)陶瓷性能更有利。
(2)制備ZrO2(Y203)-a-Al2O3粉末時(shí)要合理地控制Zr02彌散粒子的相變過程
①控制ZrO2彌散粒子的尺寸;
②控制ZrO2顆粒的分布狀態(tài);
③較佳的ZrO2體積分?jǐn)?shù)和均勻的ZrO2彌散程度;
④陶瓷基體和ZrO2粒子熱膨脹系數(shù)的匹配;
⑤控制Zr02基體彌散粒子的化學(xué)性質(zhì)。
(3)制備ZrO2(Y203)-a-Al2O3粉末時(shí)不同組分間應(yīng)盡量做到離子程度的混合，所以采取沉淀包裹法較好,ZrO2粒子均勻分散,使Al2O3顆粒包裹ZrO2,從而使相變產(chǎn)生良好的增韌效果。相變產(chǎn)生良好的增韌效果。
(4)等靜壓成型是要將柔性袋中的氣體排出。
(5)燒結(jié)時(shí)的溫度、時(shí)間、氣氛、壓力、升降溫速度以及保溫時(shí)間等都對(duì)韌性氧化鋁陶瓷產(chǎn)生影響
①燒結(jié)時(shí)應(yīng)在使粉體致密程度較高、氣孔率較小的前提下,盡可能地降低燒結(jié)溫度,縮短燒結(jié)時(shí)間,節(jié)約成本;
②氧的氣壓越低越有利于燒結(jié),在氬氣和空氣中燒結(jié)較好;
③升溫速率過快易造成變形和開裂,按照氣孔收縮的情況來控制升溫速率，不會(huì)使早期致密化的速率過大,也不會(huì)過早地封閉氣孔，使氣孔不能完全排除，也可防止粗晶的出現(xiàn);
④合適的保溫時(shí)間可以進(jìn)一步改善粉體的致密程度,根據(jù)四大燒結(jié)機(jī)理,保溫可使粉體傳質(zhì)更加均勻，有利于氣孔排出。
(6)微波燒結(jié)內(nèi)外同時(shí)加熱,可活化分子，燒結(jié)成本低,但是燒的更細(xì)更均勻,提高韌性氧化鋁的性能。
(7)燒結(jié)時(shí)可加入添加劑降低燒成溫度,促進(jìn)燒結(jié)。韌性氧化鋁陶瓷勢(shì)必會(huì)代替普通氧化鋁陶瓷,其制備工藝也會(huì)愈加先進(jìn)，這代表著陶瓷材料工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等方面也都明顯改善。