材料的(de)抗(kang)熱(re)震(zhen)性是指材料在承(cheng)受溫度突然(ran)快(kuai)速變化時(shi)抵抗(kang)破壞的(de)能(neng)力(li)，熱(re)震(zhen)破壞是一種普遍的(de)現象(xiang)，例如冬天(tian)在玻璃杯中倒入開水，杯子因承(cheng)受不了(le)溫度急劇變化而炸裂破壞。在許多工業(ye)應用場(chang)合，材料的(de)抗(kang)熱(re)震(zhen)性能(neng)起著(zhu)決定性的(de)作(zuo)用，主要是因為在工作(zuo)過程中快(kuai)速的(de)加熱(re)和冷卻產生的(de)熱(re)應力(li)可能(neng)會導致(zhi)器(qi)件的(de)損壞甚至災難性的(de)故(gu)障。

　　氧(yang)化(hua)鋁陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)具有(you)高強度、高硬度及良好的(de)(de)(de)抗氧(yang)化(hua)和化(hua)學(xue)穩定性，是一種用(yong)(yong)途廣(guang)泛的(de)(de)(de)工(gong)程(cheng)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)，被(bei)廣(guang)泛應用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)被(bei)廣(guang)泛應用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)冶金、機械、航空、航天等領域。但(dan)氧(yang)化(hua)鋁基(ji)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)是以(yi)離(li)子鍵或共價鍵結(jie)合，位錯勢壘很(hen)高，材(cai)料(liao)(liao)脆性大，難以(yi)承受劇(ju)烈的(de)(de)(de)熱(re)(re)沖擊，即其抗熱(re)(re)震性較差。熱(re)(re)沖擊斷裂與損傷是工(gong)程(cheng)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)失效的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)方(fang)式之一，也是評價工(gong)程(cheng)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)使用(yong)(yong)性能的(de)(de)(de)一項重要(yao)性能指標，研究陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)抗熱(re)(re)震性能對于(yu)(yu)(yu)實際(ji)使用(yong)(yong)具有(you)非常重要(yao)的(de)(de)(de)意義。

　　01影響氧化鋁抗熱(re)震性能的要素

　　抗(kang)熱(re)震性(xing)(xing)(xing)是(shi)材(cai)料(liao)的(de)力(li)學性(xing)(xing)(xing)能和熱(re)學性(xing)(xing)(xing)能的(de)綜合表(biao)現，與材(cai)料(liao)本身(shen)的(de)物理性(xing)(xing)(xing)質有關(guan)。因此，一些(xie)熱(re)學和力(li)學參(can)數(shu)(shu)，如熱(re)膨(peng)脹(zhang)系(xi)數(shu)(shu)、熱(re)導(dao)率、彈性(xing)(xing)(xing)模量、斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)能是(shi)影響陶瓷抗(kang)熱(re)震性(xing)(xing)(xing)的(de)主(zhu)要參(can)數(shu)(shu)。改(gai)善陶瓷材(cai)料(liao)抗(kang)熱(re)沖擊性(xing)(xing)(xing)的(de)主(zhu)要途徑，就是(shi)增加材(cai)料(liao)的(de)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)能和熱(re)傳導(dao)能力(li)，降(jiang)低材(cai)料(liao)的(de)彈性(xing)(xing)(xing)模量和熱(re)膨(peng)脹(zhang)系(xi)數(shu)(shu)。

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

　　另有研究指(zhi)出，除了陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)材料屬(shu)性，陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)兩個(ge)外部因素，即特(te)(te)征尺寸(cun)和溫差，在(zai)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)熱震(zhen)失效中起了關(guan)鍵作(zuo)用。例如，陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)抗熱震(zhen)性隨(sui)特(te)(te)征尺寸(cun)的(de)(de)增(zeng)加而減(jian)少，而在(zai)較高(gao)的(de)(de)溫差下(xia)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)更容易發生熱震(zhen)失效。文獻2的(de)(de)研究工作(zuo)表明(ming)，只要(yao)該材料的(de)(de)尺寸(cun)變(bian)得比尺寸(cun)極(ji)限(xian)小，或(huo)溫度差小于臨界(jie)溫差，陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)將對熱震(zhen)不敏(min)感。

　　02可以提升(sheng)氧(yang)化鋁抗熱震的第二相(xiang)材料

　　1、氧化鋯

　　將氧化鋯添加到氧化鋁陶(tao)瓷中，可以提(ti)高陶(tao)瓷的抗彎強度和(he)斷裂韌(ren)性(xing)，第二相顆(ke)粒彌(mi)散強化、四方氧化鋯應力誘導相變(bian)增韌(ren)和(he)微裂紋增韌(ren)是提(ti)高氧化鋁陶(tao)瓷力學性(xing)能的主(zhu)要機理。

　　解析：將(jiang)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋯添加到(dao)(dao)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)中，不但能(neng)增(zeng)韌補強(qiang)，還(huan)能(neng)提高(gao)陶(tao)(tao)瓷(ci)的(de)(de)抗熱(re)震(zhen)性能(neng)。氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋯存在單斜（ｍ）、四方(fang)（ｔ）和立方(fang)（ｃ）三種晶(jing)(jing)型，且三種晶(jing)(jing)型的(de)(de)熱(re)膨脹(zhang)(zhang)系(xi)數不同。當ｔ-氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋯向ｍ-氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋯發生(sheng)(sheng)馬氏體(ti)相(xiang)變(bian)時(shi)，體(ti)積發生(sheng)(sheng)膨脹(zhang)(zhang)，這(zhe)種體(ti)積效應能(neng)夠緩(huan)解熱(re)震(zhen)時(shi)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)熱(re)應力，削弱(ruo)裂(lie)紋擴(kuo)展的(de)(de)驅動力；同時(shi)相(xiang)變(bian)的(de)(de)剪切應力和體(ti)積膨脹(zhang)(zhang)對基(ji)體(ti)產(chan)生(sheng)(sheng)壓應變(bian)，可抑(yi)制主裂(lie)紋的(de)(de)擴(kuo)展，因(yin)而(er)提高(gao)了斷(duan)(duan)裂(lie)韌性和強(qiang)度，從而(er)有(you)利于(yu)提高(gao)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)的(de)(de)抗熱(re)震(zhen)性。此(ci)外，添加到(dao)(dao)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)中的(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋯顆粒分布在基(ji)體(ti)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)顆粒的(de)(de)晶(jing)(jing)界處，當裂(lie)紋擴(kuo)展遇到(dao)(dao)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋯顆粒時(shi)，由(you)于(yu)釘扎效應可以使裂(lie)紋終止或偏轉，甚(shen)至(zhi)可使氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)由(you)沿晶(jing)(jing)斷(duan)(duan)裂(lie)模式變(bian)為沿晶(jing)(jing)斷(duan)(duan)裂(lie)與穿晶(jing)(jing)斷(duan)(duan)裂(lie)混合(he)的(de)(de)斷(duan)(duan)裂(lie)模式，提高(gao)了陶(tao)(tao)瓷(ci)斷(duan)(duan)裂(lie)臨界應力，宏觀上表現為氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)強(qiang)度的(de)(de)提高(gao)，從而(er)有(you)利于(yu)提高(gao)其抗熱(re)震(zhen)性。

　　2、稀土化合物

　　稀(xi)土(tu)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)常常作為添加劑應(ying)(ying)用在氧化(hua)(hua)鋁陶瓷(ci)中，應(ying)(ying)用最多的是(shi)稀(xi)土(tu)氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)，其次為稀(xi)土(tu)鹵化(hua)(hua)物(wu)(wu)，由于稀(xi)土(tu)氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)具(ju)有特殊的物(wu)(wu)理和化(hua)(hua)學性能，故已被用于提高氧化(hua)(hua)鋁陶瓷(ci)性能方(fang)面。

　　3、低熱膨脹系數組元

　　在氧(yang)化鋁(lv)陶瓷(ci)中添加(jia)堇青石、莫(mo)來石、紅柱石、鈦(tai)酸鋁(lv)、鋰霞石等具有(you)較(jiao)低熱膨脹系(xi)(xi)數(shu)或負膨脹系(xi)(xi)數(shu)的組元，可以降低陶瓷(ci)的熱膨脹系(xi)(xi)數(shu)，從而有(you)利于提高陶瓷(ci)的抗熱震(zhen)性(xing)。

　　4、高熱導率組元

　　在(zai)氧化鋁陶(tao)瓷(ci)中(zhong)添加SiC、金(jin)屬顆粒(li)等具(ju)有較高熱(re)導率的(de)組元，可提高陶(tao)瓷(ci)熱(re)導率，減小陶(tao)瓷(ci)在(zai)淬冷過程中(zhong)的(de)瞬(shun)間溫度梯度，從而減小陶(tao)瓷(ci)經歷熱(re)震(zhen)循環后受到(dao)的(de)熱(re)應力，有利(li)于提高陶(tao)瓷(ci)的(de)抗熱(re)震(zhen)性(xing)。

　　5、六方氮化硼

　　氮化(hua)硼存在立方（c-BN）和六方（h-BN）兩種結(jie)構，c-BN具(ju)有卓越的(de)硬質指標，將(jiang)c-BN引入到氧化(hua)鋁(lv)陶(tao)瓷(ci)(ci)中可以提升氧化(hua)鋁(lv)陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)硬度，顯著(zhu)降低陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)磨(mo)損(sun)率。

　　不同于c-BN，h-BN的(de)(de)熱(re)(re)膨脹(zhang)系數和彈性模量較低而(er)(er)熱(re)(re)導(dao)率較高，且具(ju)(ju)有(you)結構和形狀上的(de)(de)各向異性，因而(er)(er)具(ju)(ju)有(you)較好的(de)(de)抗(kang)熱(re)(re)震性。眾多研究表(biao)明，以h-BN復合氧化鋁陶瓷(ci)可制備(bei)具(ju)(ju)有(you)優秀抗(kang)熱(re)(re)震性能的(de)(de)復合陶瓷(ci)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成二元、三元或多元復合陶瓷可以改善氧化鋁陶瓷的抗彎強度、斷裂韌性、彈性模量等力學性能或熱膨脹系數、熱導率等熱學性能，從而起到改善單相氧化鋁陶瓷抗熱震性能的作用。

　　在添(tian)(tian)(tian)加(jia)(jia)第二(er)(er)相(xiang)時，應綜合考慮抗(kang)熱(re)震性(xing)(xing)能(neng)與力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)、熱(re)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)之間(jian)的(de)(de)(de)關系。過(guo)多的(de)(de)(de)添(tian)(tian)(tian)加(jia)(jia)某種(zhong)第二(er)(er)相(xiang)可(ke)(ke)能(neng)會造成(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)降低(di)，影響(xiang)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)(de)使用(yong)(yong)范圍。因此，一方面(mian)應控制(zhi)第二(er)(er)相(xiang)的(de)(de)(de)添(tian)(tian)(tian)加(jia)(jia)量，采用(yong)(yong)合理適當的(de)(de)(de)添(tian)(tian)(tian)加(jia)(jia)量使氧(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)獲得最佳(jia)綜合性(xing)(xing)能(neng)；另(ling)一方面(mian)也可(ke)(ke)添(tian)(tian)(tian)加(jia)(jia)兩種(zhong)或兩種(zhong)以上的(de)(de)(de)第二(er)(er)相(xiang)，采用(yong)(yong)性(xing)(xing)能(neng)互補的(de)(de)(de)方式來(lai)整(zheng)體提高氧(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)(de)抗(kang)熱(re)震的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)。

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