Al2O3/金属多相材料研究进展（一） (2007/07/17 22:42)

Al₂O₃/金属多相材料研究进展（一）

题记：今天介绍老虎发表的第一篇文章，是关于金属陶瓷多相复合材料的综述。

文章的题录如下：

宁金威，张俊计，潘裕柏，郭景坤. Al₂O₃/金属多相材料研究进展。硅酸盐通报，2003，22（5）：57-63

摘要  本文阐述了Al₂O₃/金属多相材料的研究进展状况,对目前已经研究的体系、制备工艺、显微结构与性能以及目前存在的问题和发展趋势等进行了概括，重点对其功能化进行了比较详细的阐述。此外，也介绍了我们在功能化方面所得到的一些有用的结果。

关键词  Al₂O₃  金属   多相材料   研究进展

1引言

Al₂O₃陶瓷是一种应用非常广泛的陶瓷材料，它具有一般陶瓷材料所具有的各种优点，如高强、高硬、低密度以及优良的化学稳定性，加上来源广泛，价格低廉而倍受人们的青睐。但Al₂O₃同样也具有陶瓷最大的弱点，就是韧性较差，而这一点又严重阻碍了它在工程上的应用，因此改善其脆性和可靠度就成为其进入更广泛的应用领域所必须解决的问题。众所周知金属及其合金则具有延展性好、导电、导热性能优良以及其他一些性能，如磁性、吸波性等,然而其相对硬度强度较低，密度相对较高。如果能把陶瓷和金属结合起来，扬长避短，无疑我们将有可能得到一种非常理想的材料。在20世纪五、六十年代人们对金属-陶瓷体系即金属陶瓷进行了广泛的研究，但是金属陶瓷的韧性与抗氧化性能等并没有达到预期的目的。然而对于Al₂O₃而言，经过多年的研究，虽然没有实现把Al₂O₃和金属各自的优点都充分结合的设想，但也取得了一些成就。目前已经用于导弹喷管套衬^[1]、刀具^[2]、热电偶保护套、喷气火焰控制器^[1],机械应力遥感测试装置^[3]等。随着材料研究和技术的不断深入和发展，纳米制备技术的出现使研究工作者可以在晶界对复合材料进行设计，金属-陶瓷、金属-有机物和陶瓷-有机物的研究重新引起的材料工作者的关注。郭景坤先生在20世纪90年代提出了材料设计的新观念-多相材料^[46]。本文是对Al₂O₃/金属多相材料的研究进展做一综合评述，包括目前已经开发的体系、制备工艺、显微结构与性能及其存在的问题与发展趋势等。

2 Al₂O₃/金属多相材料体系

2.1 Al₂O₃/金属单质型

包括采用低熔点金属的Al₂O₃/Al^[4]、Al₂O₃/Ag^[5]、Al₂O₃/Cu^[6]；采用高熔点金属的Al₂O₃/W^[7]、Al₂O₃/Mo^[8]；和采用中等熔点金属的Al₂O₃/Ni^[9]、Al₂O₃/Fe^[10]、Al₂O₃/Cr^[11]、Al₂O₃/Co^[12]、Al₂O₃/Nb^[13]等十几种。其中Al₂O₃/Cr是最早进行研究的体系。一般来讲，采用高熔点金属的体系强度较高，韧性相对较差；采用低熔点金属的体系则高温性能很差；而采用中等熔点金属的体系,通过调节工艺参数,则可以获得相对比较理想的强度和韧性。目前在这个范围内研究最多。

2.2 Al₂O₃/金属间化合物型

已经有报道的有：Al₂O₃/TixAly^[14]、Al₂O₃/AlNb₂^[15]、Al₂O₃/AlNb₃^[16]、Al₂O₃/NiCo^[3]、Al₂O₃/NiAl^[17]、Al₂O₃/FeAl^[18]等。采用金属间化合物作为第二相，主要是因为它们具有较高的熔点，可以耐高温，耐氧化，从而可以在一定程度上改善多相材料的高温性能。但有一点不足就是金属间化合物的韧性相对较差，所以增韧效果没有采用单质金属体系的高。

2.3 Al₂O₃/（金属+其它增强相）

目前报道比较多的另外一个体系就是Al₂O₃/（金属+增强相）。已有的体系有：Al₂O₃/（ZrO₂+Ni）^[19]、Al₂O₃/（AlN+Ni）^[20]、Al₂O₃/（ZrO₂+Ag）^[21]、Al₂O₃/（SiO₂+Al）^[22] ， Al₂O₃/（TiC+Ni）^[23]、Al₂O₃/（CNT+Fe）^[24]等。除金属外的增强相所起的作用是不同的。其中ZrO₂ 、CNT（carbon nanotube）同样可以增韧，另外还可以与金属产生耦合效应，从而获得更高的增韧效果。而TiC则是为了改善金属与基体的润湿性，增强结合界面强度。AlN则可以抑制烧结过程中的体积收缩。目前对于多相增韧的作用机制还不是很清楚，是以后研究一个的方向。