氧化铝陶瓷是应用最广的陶瓷材料之一，具有强度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、对气氛不敏感等优良性能，能抵抗金属、炉渣等的侵蚀。氧化铝复相陶瓷具有相对高的强度与韧性，在航天航空等尖端技术领域以及在机械、冶金和化工等工业领域，都有着广泛的应用前景。济南大学的研究人员针对氧化铝陶瓷进行改性来提高其物理力学性能，研究了增强体。基体体系的化学物理相容性、原料配比、烧结助剂的影响和成型工艺参数；通过物理力学性能测试，探讨了各因素对复相陶瓷相对密度、抗折强度和断裂韧性的影响； 并利用XRD、SEM等对材料的微观结构进行了表征。
    活性α-Al2O3(低钠型B2L-06D，平均粒径262 μm，w (Al2O3)≥99.0%)；纳米ZrO2(平均粒径128 μm，w(ZrO2)≥99.0%)；ZrO2纤维(w(ZrO2)≥99.5%)；TiO2(化学纯)；MgO(分析纯)；无水乙醇(纯度≥95%)；聚丙烯酰胺(分析纯)。
    采用4因素3水平正交设计进行试验，如表1所示。按配比称量各原料后，在行星球磨机中进行研磨，其中m (无水乙醇)∶m(粉料) =1∶1，球料质量比为2∶1，每组试样中均加入2%的分散剂聚丙烯酰胺。球磨完成后，样料置于室温空气中，干燥24后，采用单轴加压成型，成型压力150 MPa，自然干燥24 h，烧成，升温制度：室温至1 000 ℃，升温速率4 ℃/min；1 000 ℃至1 400 ℃，升温速率3 ℃/min；1 400 ℃至1 600 ℃，升温速率2 ℃/min；保温时间均为3 h。随炉冷却。测量试样的体积密度、抗折强度以及断裂韧性（采用单边切口梁技术）。
表1   因素水平表
因素 水平
A   w（纳米t-ZrO2）/% 0 5 10
B  w（ZrO2纤维）/% 0 5 10
C  烧结助剂
m（TiO2）︰m（MgO） 1.0︰0.2 1.0︰0.4 2.0︰0.2
烧成温度/℃ 1 400 1 500 1 600
    研究发现，烧成温度对复相陶瓷体系各项指标均是决定性因素。体系在1 500 ℃时基本达到致密化，1 600 ℃为较佳烧结温度。烧结助剂通过相对密度影响力学性能。纳米t-ZrO2通过相变增韧、第二相颗粒增韧以及纳米增韧影响材料韧性，对材料相对密度、抗折强度没有显著影响。随着添加量的增多，纳米t-ZrO2易发生颗粒团聚。ZrO2纤维由于自身低的抗拉强度，不能明显提高材料韧性。TiO2-MgO烧结助剂使烧结过程成为液相参与的烧结，并与烧结主体形成固溶体。采用纳米t - ZrO2增韧Al2O3体系，TiO2-MgO为共烧结助剂，烧结温度为1 600 ℃、纳米t-ZrO2的添加量为5%、烧结助剂m(TiO2)∶m(MgO)配比为1.0∶0.4时，复相陶瓷综合性能较佳，其相对密度、抗折强度和断裂韧性分别达到98. 7%、274. 82MPa和7. 32 MPa•m1/2。
（摘编自《济南大学学报(自然科学版)》2010，№3）