中國粉體網(wǎng)訊  近日,，哈工大航天學院復合材料與結(jié)構(gòu)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(lǐng)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(diào)控粉體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu),，在粉末燒結(jié)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(shù)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(lǐng)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(zhì)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(guān)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(chǎn)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(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)見（圖b），在燒結(jié)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(jié)構(gòu),、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(jié)構(gòu),、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(chǎn)品兼具極高的硬度（HV20GPa）和極佳的韌性（16MPa•m^1/2）,，其技術(shù)原理可廣泛應用于高性能先進陶瓷的生產(chǎn)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(chǎn)物具有多級高密度,、細密均勻的納米結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸約500納米,，晶內(nèi)納米增強相約50納米；實現(xiàn)陶瓷內(nèi)部大量亞微米柱狀晶自發(fā)生長,，柱狀晶與基體原子級結(jié)合緊密,，強韌化效果顯著提高；經(jīng)濟高效,、成本低,，適于工業(yè)化量產(chǎn)；粉體合成及燒結(jié)工藝綠色環(huán)保,、無污染,，避免納米粉液相生產(chǎn)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(shù)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(jié)制備了高密度納米結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的精密調(diào)控。相關(guān)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(quán)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