ZTA纳米复相陶瓷的研究

    90年代出现的纳米级陶瓷颗粒作为弥散相引入微米级陶瓷基体中制得的纳米复相陶瓷，取得了明显的增强增韧效果^[1]，一改往日颗粒补强增韧远不及纤维、晶须补强的情况，使纳米复相陶瓷成为陶瓷材料领域研究的一大热点。

    近几年来许多研究者都在探索能否把相变增韧及纳米颗粒增韧这2种机理叠加^[2，3]，ZTA纳米复相陶瓷正是在这方面的尝试。现主要包括Al₂O₃/ ZrO₂ (n)体系，Al₂O₃(n)/ ZrO₂ (n)体系，Al₂O₃(n)/ ZrO₂体系以及在此双相体系基础上再添加第3相的体系研究。经过几年的努力，人们已经对ZTA纳米陶瓷力学性能、制备过程、内部结构和强韧化机制有了一定的认识，但对一些问题如内晶型形成机理及其与材料制备工艺条件的关系、强韧化机理等还没有达成共识，有待于进一步研究。另外，如何获得致密纳米晶的ZTA陶瓷，也是一个值得深入探讨的问题。

    2、ZTA纳米复相陶瓷的微观结构特点

    纳米复相陶瓷就是在陶瓷材料显微镜结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米尺寸水平。按纳米颗粒所处的晶内、晶间位置不同，纳米复相陶瓷可分为内晶型（intragranular）、晶界型（intergranular）及内晶/晶界型（intra/inter）^[4]。这只是一种理想的划分方法，实际制备出的纳米复相陶瓷中，晶界型和内晶型第二相颗粒一般总是同时存在，即都是内晶/晶界型。纯粹的内晶型或晶界型纳米复相陶瓷尚未见报道^[5]。

    大量研究^[6,7]表明在ZTA纳米陶瓷中发现了以下微观结构：纳米ZrO₂颗粒不但存在于基体晶粒内部，而且还存在于晶界间；由于内晶结构的形成，结构中不仅包括基体晶粒间的主晶界，还包括纳米相与微米基质的次晶界以及大量的微裂纹；晶内与晶界的纳米粒子使陶瓷基体产生大量的位错群；它的断裂模式是沿晶断裂和穿晶断裂的混合模式。另外，Balmer等[8]在研究ZTA微观结构的发展过程中发现了片状的Al₂O₃晶粒产生，并且成层排列。

    3、ZTA纳米复相陶瓷的力学性能及其影响因素

    3.1  力学性能

    纳米复合陶瓷的研究^[2,3,6,7]表明：陶瓷基体中加入纳米分散相，材料的强度，韧性及高温性能得到极大地改善。纳米ZrO₂的引入也使Al₂O₃力学性能大幅度提高，但制备工艺不同，处理工艺不同，各研究者的研究结果相差很大。表1列出了一些纳米复相陶瓷的力学性能。其中带※的数据是候耀永等人^[2]测得的。与Al₂O₃/SiC(n)系相比，加入适量的ZrO₂(3Y)对Al₂O₃/ SiC(n)纳米复相陶瓷的强韧化是明显的，也说明了ZrO₂(3Y)相变增韧机制与纳米SiC粒子强韧化机制相互迭加的可能性。

表1                                 纳米复相陶瓷力学性能