中國粉體網訊  近日，哈工大航天學院復合材料與結構研究所鄭永挺教授項目組在超高韌性、柱狀晶納米氧化鋁基陶瓷領域取得重要進展。該研究在陶瓷熔體急速冷卻過程中實現(xiàn)了在微納尺度上調控粉體內部的微觀結構，在粉末燒結過程中控制晶粒的幾何特征，為超高韌納米陶瓷的發(fā)展提供了新的技術原理。

氧化鋁陶瓷具有優(yōu)良的電性能、機械性能、化學穩(wěn)定性，是目前應用最為廣泛的陶瓷材料之一。但其斷裂韌性較低，嚴重地限制了它在更廣泛領域中的應用，從而增強氧化鋁陶瓷斷裂韌性成了當前研究的熱點之一。

氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）陶瓷材料，它是在氧化鋁母相基質中引入一定量的相變材料氧化鋯所形成的一種復相精細陶瓷材料。由于氧化鋁的硬度大、氧化鋯的韌性好，這兩種材料形成了高強度、高韌性的優(yōu)異復合體，在常溫下具有更高的抗折強度和斷裂韌性，因而具有出色的耐磨性能。因此這種復相陶瓷材料既具有氧化鋯陶瓷高韌和高強度的特性，又具有氧化鋁陶瓷高硬度的優(yōu)點，而且隨著這種綜合力學性能的提高，其耐磨性也得到了較大的提高。

其中，要制得高韌性的氧化鋁基陶瓷，制備出性能優(yōu)異的ZrO₂／Al₂O₃復合粉體是重要前提。目前復合粉體的制備工藝有混合法、溶膠-凝膠法、共沉淀法和沉淀包裹法等不同方法。其中的關鍵是，既要保證ZrO₂的顆粒細度小且顆粒度分布范圍窄；又要保證ZrO₂的均勻分散，使Al₂O₃ 顆粒能夠包裹ZrO₂，以產生良好的增韌效果。

鄭永挺教授項目組首創(chuàng)了“Al-O₂超高溫燃燒合成+熔體快速水冷”方法，研制了新型超高溫熔體水冷霧化設備，合成氧化鋁/氧化鋯亞穩(wěn)態(tài)微米粉（圖a），粉體內部微觀結構見（圖b），在燒結致密化過程中，原位誘發(fā)了具有高密度多級氧化鋯納米結構、亞微米柱狀晶的氧化鋁基陶瓷（圖c, d），可實現(xiàn)多級納米結構、柱狀晶、氧化鋯t-m相變等多因素的協(xié)同增韌，大幅度提高了陶瓷的力學性能，產品兼具極高的硬度（HV20GPa）和極佳的韌性（16MPa•m^1/2），其技術原理可廣泛應用于高性能先進陶瓷的生產制造。

相較于傳統(tǒng)納米復合陶瓷的工藝方法，該研究成果具有以下優(yōu)勢：產物具有多級高密度、細密均勻的納米結構，晶粒尺寸約500納米，晶內納米增強相約50納米；實現(xiàn)陶瓷內部大量亞微米柱狀晶自發(fā)生長，柱狀晶與基體原子級結合緊密，強韌化效果顯著提高；經濟高效、成本低，適于工業(yè)化量產；粉體合成及燒結工藝綠色環(huán)保、無污染，避免納米粉液相生產工藝帶來的污染問題；制備納米陶瓷的原料為球形、微米級固溶體粉末，避免了納米粉末易團聚、難分散、成型困難等問題，大幅降低成型工藝的難度和成本。

此外，項目組在“超高溫燃燒合成+熔體快速水冷霧化”技術方面，取得了多項研究成果。前期已成功制備了氧化鋁/氧化鋯的過飽和固溶體微米粉和納米共晶粉末，燒結制備了高密度納米結構等軸晶納米陶瓷，在遠離平衡態(tài)的非線性相變過程中，實現(xiàn)了先進陶瓷微觀結構的精密調控。相關成果發(fā)表于《歐洲陶瓷協(xié)會》和《美國陶瓷協(xié)會》雜志，獲授權國家發(fā)明專利9項、國際專利1項。

參考來源：陶瓷 Ceramic、哈爾濱工業(yè)大學