材料的抗熱震性是指材料在承受溫度突然快速變化時(shí)抵抗破壞的能力，熱震破壞是一種普遍的現(xiàn)象，例如冬天在玻璃杯中倒入開水，杯子因承受不了溫度急劇變化而炸裂破壞。在許多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，材料的抗熱震性能起著決定性的作用，主要是因?yàn)樵诠ぷ鬟^(guò)程中快速的加熱和冷卻產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致器件的損壞甚至災(zāi)難性的故障。

　　氧化鋁陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度及良好的抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定性，是一種用途廣泛的工程陶瓷，被廣泛應(yīng)用于被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、航空、航天等領(lǐng)域。但氧化鋁基陶瓷材料是以離子鍵或共價(jià)鍵結(jié)合，位錯(cuò)勢(shì)壘很高，材料脆性大，難以承受劇烈的熱沖擊，即其抗熱震性較差。熱沖擊斷裂與損傷是工程陶瓷材料失效的主要方式之一，也是評(píng)價(jià)工程陶瓷材料使用性能的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，研究陶瓷材料的抗熱震性能對(duì)于實(shí)際使用具有非常重要的意義。

　　01影響氧化鋁抗熱震性能的要素

　　抗熱震性是材料的力學(xué)性能和熱學(xué)性能的綜合表現(xiàn)，與材料本身的物理性質(zhì)有關(guān)。因此，一些熱學(xué)和力學(xué)參數(shù)，如熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、彈性模量、斷裂能是影響陶瓷抗熱震性的主要參數(shù)。改善陶瓷材料抗熱沖擊性的主要途徑，就是增加材料的斷裂能和熱傳導(dǎo)能力，降低材料的彈性模量和熱膨脹系數(shù)。

　　為了達(dá)到如上目的，在氧化鋁陶瓷基體中引入適當(dāng)、適量的第二相是一種有效方法。引入的第二相既可以是非金屬材料，又可以為金屬材料，引入形式既可是顆粒，也可是晶須、纖維或溶膠。

　　另有研究指出，除了陶瓷的材料屬性，陶瓷的兩個(gè)外部因素，即特征尺寸和溫差，在陶瓷的熱震失效中起了關(guān)鍵作用。例如，陶瓷的抗熱震性隨特征尺寸的增加而減少，而在較高的溫差下陶瓷更容易發(fā)生熱震失效。文獻(xiàn)2的研究工作表明，只要該材料的尺寸變得比尺寸極限小，或溫度差小于臨界溫差，陶瓷將對(duì)熱震不敏感。

　　02可以提升氧化鋁抗熱震的第二相材料

　　1、氧化鋯

　　將氧化鋯添加到氧化鋁陶瓷中，可以提高陶瓷的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性，第二相顆粒彌散強(qiáng)化、四方氧化鋯應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g和微裂紋增韌是提高氧化鋁陶瓷力學(xué)性能的主要機(jī)理。

　　解析：將氧化鋯添加到氧化鋁陶瓷中，不但能增韌補(bǔ)強(qiáng)，還能提高陶瓷的抗熱震性能。氧化鋯存在單斜（ｍ）、四方（ｔ）和立方（ｃ）三種晶型，且三種晶型的熱膨脹系數(shù)不同。當(dāng)ｔ-氧化鋯向ｍ-氧化鋯發(fā)生馬氏體相變時(shí)，體積發(fā)生膨脹，這種體積效應(yīng)能夠緩解熱震時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，削弱裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力；同時(shí)相變的剪切應(yīng)力和體積膨脹對(duì)基體產(chǎn)生壓應(yīng)變，可抑制主裂紋的擴(kuò)展，因而提高了斷裂韌性和強(qiáng)度，從而有利于提高氧化鋁陶瓷的抗熱震性。此外，添加到氧化鋁陶瓷中的氧化鋯顆粒分布在基體氧化鋁顆粒的晶界處，當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到氧化鋯顆粒時(shí)，由于釘扎效應(yīng)可以使裂紋終止或偏轉(zhuǎn)，甚至可使氧化鋁陶瓷由沿晶斷裂模式變?yōu)檠鼐嗔雅c穿晶斷裂混合的斷裂模式，提高了陶瓷斷裂臨界應(yīng)力，宏觀上表現(xiàn)為氧化鋁陶瓷強(qiáng)度的提高，從而有利于提高其抗熱震性。

　　2、稀土化合物

　　稀土化合物常常作為添加劑應(yīng)用在氧化鋁陶瓷中，應(yīng)用最多的是稀土氧化物，其次為稀土鹵化物，由于稀土氧化物具有特殊的物理和化學(xué)性能，故已被用于提高氧化鋁陶瓷性能方面。

　　3、低熱膨脹系數(shù)組元

　　在氧化鋁陶瓷中添加堇青石、莫來(lái)石、紅柱石、鈦酸鋁、鋰霞石等具有較低熱膨脹系數(shù)或負(fù)膨脹系數(shù)的組元，可以降低陶瓷的熱膨脹系數(shù)，從而有利于提高陶瓷的抗熱震性。

　　4、高熱導(dǎo)率組元

　　在氧化鋁陶瓷中添加SiC、金屬顆粒等具有較高熱導(dǎo)率的組元，可提高陶瓷熱導(dǎo)率，減小陶瓷在淬冷過(guò)程中的瞬間溫度梯度，從而減小陶瓷經(jīng)歷熱震循環(huán)后受到的熱應(yīng)力，有利于提高陶瓷的抗熱震性。

　　5、六方氮化硼

　　氮化硼存在立方（c-BN）和六方（h-BN）兩種結(jié)構(gòu)，c-BN具有卓越的硬質(zhì)指標(biāo)，將c-BN引入到氧化鋁陶瓷中可以提升氧化鋁陶瓷的硬度，顯著降低陶瓷的磨損率。

　　不同于c-BN，h-BN的熱膨脹系數(shù)和彈性模量較低而熱導(dǎo)率較高，且具有結(jié)構(gòu)和形狀上的各向異性，因而具有較好的抗熱震性。眾多研究表明，以h-BN復(fù)合氧化鋁陶瓷可制備具有優(yōu)秀抗熱震性能的復(fù)合陶瓷材料。

　　綜上，在氧化鋁陶瓷中添加一種或兩種及兩種以上的第二相構(gòu)成二元、三元或多元復(fù)合陶瓷可以改善氧化鋁陶瓷的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性、彈性模量等力學(xué)性能或熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等熱學(xué)性能，從而起到改善單相氧化鋁陶瓷抗熱震性能的作用。

　　在添加第二相時(shí)，應(yīng)綜合考慮抗熱震性能與力學(xué)性能、熱學(xué)性能之間的關(guān)系。過(guò)多的添加某種第二相可能會(huì)造成氧化鋁陶瓷力學(xué)性能的降低，影響陶瓷的使用范圍。因此，一方面應(yīng)控制第二相的添加量，采用合理適當(dāng)?shù)奶砑恿渴寡趸X陶瓷獲得最佳綜合性能；另一方面也可添加兩種或兩種以上的第二相，采用性能互補(bǔ)的方式來(lái)整體提高氧化鋁陶瓷的抗熱震的性能。

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