第　４０　卷　第　４　期２００４年　７　月中　　国　　陶　　瓷ＣＨＩＮＡ　ＣＥＲＡＭＩＣＳＶｏｌ．４０　Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ　２００４

研究与开发

Ａ１２Ｏ３层状复合陶瓷的研究进展

孙媛媛，　　王　芬，　　　周彦昭（陕西科技大学，　　咸阳　　７１２０８１）

摘　要：层状复合是目前增韧Ａ１２Ｏ３陶瓷的有效途径，从层状复合材料的成型方法、增韧机制、结构设计等方面，论述了Ａ１２Ｏ３体系层状复合陶瓷的研究进展及目前存在的问题。

关键词：韧化，研究进展，Ａ１２Ｏ３层状复合陶瓷

中图分类号：ＴＱ１７４．７５＋８　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　文章编号：１００１－９６４２（２００４）０４－００２０－０５

１　　　引　言

Ａ１２Ｏ３陶瓷具有优良的高温机械性能、化学稳定性、电绝缘性和质轻等优点，可用作真空器件、电路基板，耐磨材料、化工、人工关节、催化载体及磁流体发电材料等，且其制备技术成熟、工艺稳定，因而得到越来越广泛的应用。但由于其本身的脆性大，对缺陷很敏感，限制了使用范围，目前强韧化Ａ１２Ｏ３陶瓷材料的方法主要有两种［１］；（１）消除或减少陶瓷材料中的原始裂纹缺陷；（２）通过添加增韧相（如长纤维或晶须增韧、相变增韧和颗粒弥散增韧等）来提高材料的韧性。这些方法虽然取得了一定的进展，但都存在各种不足，近年来出现的层状复合陶瓷是陶瓷增强增韧的新技术。

层状复合是一种仿生设计，模仿贝壳而来。Ｃｌｅｇｇ［２］

注意到自然界中石决明的贝壳由多层厚约１μｍ的脆性文石晶体组成，贝壳中珍珠层（如图１）由一层层

层渐变（如图２）。

Ａ１２Ｏ３层状复合陶瓷材料即是选用高强、高硬的

　图２　层状复合材料断口形貌Ｆｉｇ．２　Ｆｒａｃｔｕｒａｌ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ　ｏｆ　Ｌａｍｉｎａｔｅｄ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ

Ａ１２Ｏ３陶瓷来模拟珍珠层的硬层，选用硬度较低、弹性模量较小的陶瓷（ＢＮ［３］）、石墨或金属（Ｎｉ［４］、Ｗ［５］）也可以是延性树脂［６］或其它延性物质（云母［７］）等来模拟珍珠层中的软层。近年来国内外开展了许多这方面的研究，并突破夹层是软质材料的界限（如ＳｉＣ［８－９］、３Ａ１２Ｏ３．２ＳｉＯ２［１０］、Ｙ－ＴＺＰ［１１－１２］、ＴｉＣ［１３］、ＴｉＮ［１４］、ＺｒＯ２［１５－１６］

、ＺＴＡ［１７］　、ＳｎＯ２［１８］），还可以是玻璃［１９－２０］，成为当前国际上陶瓷增韧持续的热点。

２　　　Ａ１２Ｏ３体系层状复合陶瓷的结构设计

图１　珍珠层的结构示意图Ｆｉｇ．１　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｎａｃｒｅ１－ｃａｌｃｉｕｍ　ｃａｒｂｏｎａｔｅ：２－ｏｒｇａｎｉｓｍ

超薄的碳酸钙组成，层与层之间由蛋白质软体连接，

形成了类似砖砌体的超微层状结构，这种特殊的结构使其机械性能远远高于一般文石晶体，这启发人们在脆性陶瓷材料中加入耐高温软质材料，设计和制作层状复合物以提高陶瓷韧性。层状复合陶瓷克服了陶瓷材料的致命弱点—突然性的整体断裂，它的失效是逐

层状复合陶瓷独特的叠层结构，给研究者带来较大自由度，可以进行层内和层间设计，并可按设计要求优化组合材料，调节各种参数，使材料在保持高硬度、耐高温、耐磨性、抗氧化性等的同时，增加断裂韧性，耐疲劳和抗热冲击等性能。其具体设计要点如下：

２．１材料体系的选择与优化

基于对陶瓷基复合材料组分－结构－性能间关系的研究，陶瓷基复合材料的设计应考虑两个方面：①显微结构设计；②不同相间的化学相容性和物理匹配

收稿日期：２００４－０３－１１

作者简介：孙媛媛（１９８０—）：研究生，主要研究方向：陶瓷基复合材料。